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中國科大首次實驗排除實數(shù)形式的標準量子力學

點擊：2658  作者：中國科大新聞網(wǎng)    來源：中國科大新創(chuàng)校友基金會 微信號  發(fā)布時間:2022-02-04 11:24:41

 

中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽、朱曉波等和西班牙塞維利亞大學Cabello教授合作，利用超高精度超導量子線路實現(xiàn)確定性糾纏交換，以超過43個標準差的實驗精度證明了實數(shù)無法完整描述標準量子力學，確立了復數(shù)的客觀實在性。相關研究成果近日以“編輯推薦”的形式發(fā)表在《物理學評論快報》上。美國物理學會Physics網(wǎng)站和《自然》雜志分別邀請國際專家撰寫了相關Viewpoint和News & Views評論文章。

 

物理學家使用數(shù)學來描述自然規(guī)律。在經(jīng)典物理學中，人們只用實數(shù)就可以寫出所有定律，而復數(shù)僅僅作為一個方便的計算工具被主觀引入。隨著量子力學誕生，復數(shù)逐漸表現(xiàn)出某種直覺上的不可排除性：理論上，作為量子力學基石的薛定諤方程和海森堡對易關系其本身就是依賴于復數(shù)寫出的；實驗上，人們直接測量到了波函數(shù)的實部與虛部。這說明復數(shù)可能不是一個主觀引入的計算符號，而是可以實驗檢測的物理實在。

 

 

圖：實驗結(jié)果

 

量子物理是否確實必須使用復數(shù)，是一個長期的基礎性問題。近期，奧地利、西班牙和瑞士等國家組成的科學家團隊提出一種利用確定性糾纏交換驗證復數(shù)必要性的貝爾不等式類型的檢驗方法。遵守實數(shù)形式量子物理的參與者不能獲得標準量子理論中允許的界限，從而排除以實數(shù)形式描述標準量子力學的可能性。潘建偉團隊基于自主設計研發(fā)的超導量子線路和高精度量子操控技術，在世界上首次完成了該實驗。在這個理論框架下，實數(shù)形式的界限為7.66，而實驗測試結(jié)果為8.09，超過判據(jù)43個標準差。實驗結(jié)論支持量子物理需要使用復數(shù)。該論文的第一作者為陳明城、王粲和劉豐銘。該研究得到了自然科學基金委、中科院、科技部、教育部、安徽省等的支持。

 

文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.040403

 

美國物理學會APS網(wǎng)站報道：https://physics.aps.org/articles/v15/7

《自然》相關評述文章：https://www.nature.com/articles/d41586-021-03678-x

ScienceNews報道：https://www.sciencenews.org/article/quantum-physics-imaginary-numbers-math-reality

 

（合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）

 

轉(zhuǎn)載自“中國科大新聞網(wǎng)”