糾纏交換光量子網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證復(fù)數(shù)的物理意義

  ICC訊 近日，科技日報(bào)記者從濟(jì)南量子技術(shù)研究院了解到，該院張強(qiáng)、江揚(yáng)帆與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)合作，在國際上首次在關(guān)閉了定域性、測量獨(dú)立性以及糾纏源獨(dú)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(shí)數(shù)形式的量子力學(xué)進(jìn)行了檢驗(yàn)，以超過5.3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的實(shí)驗(yàn)精度驗(yàn)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(bào)》上。

  在數(shù)學(xué)中，負(fù)數(shù)的平方根是虛數(shù)。虛數(shù)與實(shí)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(qiáng)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(dòng)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(shí)數(shù)，那么量子物理是否確實(shí)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(shí)數(shù)化。然而，物理學(xué)作為一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，其中的任何推測均需要實(shí)驗(yàn)結(jié)果支撐。

  為了更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貦z驗(yàn)復(fù)數(shù)的客觀存在性，濟(jì)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(tuán)隊(duì)嚴(yán)格遵守定域條件，在五節(jié)點(diǎn)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(dú)立的兩個(gè)糾纏源產(chǎn)生獨(dú)立糾纏光子對，分別分發(fā)至遠(yuǎn)處的三個(gè)參與者進(jìn)行高速隨機(jī)的光子測量操作。

  上述實(shí)驗(yàn)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(dú)立地進(jìn)行本地的隨機(jī)操作。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果以5.3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的精度超過了實(shí)數(shù)形式的量子力學(xué)預(yù)測結(jié)果，成功驗(yàn)證了復(fù)數(shù)不僅是一個(gè)計(jì)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。