纠缠交换光量子网络实验 验证复数的物理意义

近日，科技日报记者从济南量子技术研究院了解到，该院张强、江扬帆与中国科学技术大学潘建伟院士团队合作，在国际上首次在关闭了定域性、测量独立性以及纠缠源独立性等漏洞的基础上，利用纠缠交换光量子网络对实数形式的量子力学进行了检验，以超过5.3个标准差的实验精度验证了量子力学中复数的必要性。相关研究成果发表在国际学术期刊《物理学评论快报》上。

在数学中，负数的平方根是虚数。虚数与实数构成复数的概念。该研究院专家向记者介绍，虚数一词由著名数学家笛卡尔创立，其引入使得数学成为了处理复杂物理问题的一种强大的工具。奥地利理论物理学家、量子力学奠基人之一薛定谔将虚数引入波动方程，用来描述粒子的量子行为。尽管波函数是复数形式，但粒子出现的概率是实数，那么量子物理是否确实需要复数的参与呢？薛定谔本人似乎倾向于虚数只是一种数学处理办法，包括薛定谔在内的一些物理学家试图将量子理论实数化。然而，物理学作为一门实验学科，其中的任何推测均需要实验结果支撑。

为了更加严谨地检验复数的客观存在性，济南量子技术研究院与中国科学技术大学合作的研究团队严格遵守定域条件，在五节点纠缠交换光量子网络的基础上，利用网络中的相互独立的两个纠缠源产生独立纠缠光子对，分别分发至远处的三个参与者进行高速随机的光子测量操作。

上述实验过程中，参与者不受其他参与者的测量选择和结果影响，各自独立地进行本地的随机操作。该实验结果以5.3个标准差的精度超过了实数形式的量子力学预测结果，成功验证了复数不仅是一个计算工具，在量子力学中还具有不可或缺的物理意义这一结论。