糾纏交換光量子網(wǎng)絡實驗 驗證復數(shù)的物理意義

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

  在數(shù)學中，負數(shù)的平方根是虛數(shù)。虛數(shù)與實數(shù)構成復數(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)學家笛卡爾創(chuàng)立，其引入使得數(shù)學成為了處理復雜物理問題的一種強大的工具。奧地利理論物理學家、量子力學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)學處理辦法，包括薛定諤在內(nèi)的一些物理學家試圖將量子理論實數(shù)化。然而，物理學作為一門實驗學科，其中的任何推測均需要實驗結果支撐。

  為了更加嚴謹?shù)貦z驗復數(shù)的客觀存在性，濟南量子技術研究院與中國科學技術大學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)絡的基礎上，利用網(wǎng)絡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果影響，各自獨立地進行本地的隨機操作。該實驗結果以5.3個標準差的精度超過了實數(shù)形式的量子力學預測結果，成功驗證了復數(shù)不僅是一個計算工具，在量子力學中還具有不可或缺的物理意義這一結論。