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科學家證明實數(shù)無法完整描述標準量子力學 確立復數(shù)客觀實在性
發(fā)布日期： 2022-01-30 10:53:02 來源： 科技日報

記者從中國科學技術(shù)大學了解到，該校潘建偉、陸朝陽、朱曉波等和西班牙同行合作，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(guān)研究成果日前以“編輯推薦”的形式發(fā)表在《物理學評論快報》上。美國物理學會網(wǎng)站和《自然》雜志分別邀請國際專家撰寫了相關(guān)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(guān)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。

量子物理是否確實必須使用復數(shù)，是一個長期的基礎(chǔ)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(shè)計研發(fā)的超導量子線路和高精度量子操控技術(shù)，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)。(科技日報記者 吳長鋒)

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