糾纏交換光量子網(wǎng)絡(luò)實驗 驗證復(fù)數(shù)的物理意義

  ICC訊 近日，科技日報記者從濟南量子技術(shù)研究院了解到，該院張強、江揚帆與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團隊合作，在國際上首次在關(guān)閉了定域性、測量獨立性以及糾纏源獨立性等漏洞的基礎(chǔ)上，利用糾纏交換光量子網(wǎng)絡(luò)對實數(shù)形式的量子力學(xué)進行了檢驗，以超過5.3個標準差的實驗精度驗證了量子力學(xué)中復(fù)數(shù)的必要性。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《物理學(xué)評論快報》上。

  在數(shù)學(xué)中，負數(shù)的平方根是虛數(shù)。虛數(shù)與實數(shù)構(gòu)成復(fù)數(shù)的概念。該研究院專家向記者介紹，虛數(shù)一詞由著名數(shù)學(xué)家笛卡爾創(chuàng)立，其引入使得數(shù)學(xué)成為了處理復(fù)雜物理問題的一種強大的工具。奧地利理論物理學(xué)家、量子力學(xué)奠基人之一薛定諤將虛數(shù)引入波動方程，用來描述粒子的量子行為。盡管波函數(shù)是復(fù)數(shù)形式，但粒子出現(xiàn)的概率是實數(shù)，那么量子物理是否確實需要復(fù)數(shù)的參與呢？薛定諤本人似乎傾向于虛數(shù)只是一種數(shù)學(xué)處理辦法，包括薛定諤在內(nèi)的一些物理學(xué)家試圖將量子理論實數(shù)化。然而，物理學(xué)作為一門實驗學(xué)科，其中的任何推測均需要實驗結(jié)果支撐。

  為了更加嚴謹?shù)貦z驗復(fù)數(shù)的客觀存在性，濟南量子技術(shù)研究院與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作的研究團隊嚴格遵守定域條件，在五節(jié)點糾纏交換光量子網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，利用網(wǎng)絡(luò)中的相互獨立的兩個糾纏源產(chǎn)生獨立糾纏光子對，分別分發(fā)至遠處的三個參與者進行高速隨機的光子測量操作。

  上述實驗過程中，參與者不受其他參與者的測量選擇和結(jié)果影響，各自獨立地進行本地的隨機操作。該實驗結(jié)果以5.3個標準差的精度超過了實數(shù)形式的量子力學(xué)預(yù)測結(jié)果，成功驗證了復(fù)數(shù)不僅是一個計算工具，在量子力學(xué)中還具有不可或缺的物理意義這一結(jié)論。