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無法完整描述標準量子力學，確立了複數的客觀實在性。相關研究成果近日以“編輯推薦”的形式發表在《物理學評論快報》上。美國物理學會Physics網站和《自然》雜誌分別邀請國際專家撰寫了相關Viewpoint和News & Views評論文章。
物理學家使用數學來描述自然規律。在經典物理學中，人們隻用實數就可以寫出所有定律，而複數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，複數逐漸表現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係其本身就是依賴於複數寫出的；實驗上，人們直接測量到了波函數的實部與虛部。這說明複數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：實驗結果
量子物理是否確實必須使用複數，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複數必要性的貝爾不等式類型的檢驗方法。遵守實數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，從而排除以實數形式描述標準量子力學的可能性。潘建偉團隊基於自主設計研發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，實數形式的界限為7.66，而實驗測試結果為8.09，超過判據43個標準差。實驗結論支持量子物理需要使用複數。
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
（合肥微尺度物質科學國家研究中心、中科院量子信息與量子科技創新研究院、科研部）
