中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽、朱曉波等和西班牙塞維利亞大學(xué)Cabello教授合作，利用超高精度超導(dǎo)量子線路實(shí)現(xiàn)確定性糾纏交換，以超過43個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的實(shí)驗(yàn)精度證明了實(shí)數(shù)無法完整描述標(biāo)準(zhǔn)量子力學(xué)，確立了復(fù)數(shù)的客觀實(shí)在性。相關(guān)研究成果近日以“編輯推薦”的形式發(fā)表在《物理學(xué)評論快報(bào)》上。美國物理學(xué)會(huì)Physics網(wǎng)站和《自然》雜志分別邀請國際專家撰寫了相關(guān)Viewpoint和News & Views評論文章。

物理學(xué)家使用數(shù)學(xué)來描述自然規(guī)律。在經(jīng)典物理學(xué)中，人們只用實(shí)數(shù)就可以寫出所有定律，而復(fù)數(shù)僅僅作為一個(gè)方便的計(jì)算工具被主觀引入。隨著量子力學(xué)誕生，復(fù)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(xué)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(fù)數(shù)寫出的；實(shí)驗(yàn)上，人們直接測量到了波函數(shù)的實(shí)部與虛部。這說明復(fù)數(shù)可能不是一個(gè)主觀引入的計(jì)算符號，而是可以實(shí)驗(yàn)檢測的物理實(shí)在。

量子物理是否確實(shí)必須使用復(fù)數(shù)，是一個(gè)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(xué)家團(tuán)隊(duì)提出一種利用確定性糾纏交換驗(yàn)證復(fù)數(shù)必要性的貝爾不等式類型的檢驗(yàn)方法。遵守實(shí)數(shù)形式量子物理的參與者不能獲得標(biāo)準(zhǔn)量子理論中允許的界限，從而排除以實(shí)數(shù)形式描述標(biāo)準(zhǔn)量子力學(xué)的可能性。潘建偉團(tuán)隊(duì)基于自主設(shè)計(jì)研發(fā)的超導(dǎo)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(shí)驗(yàn)。在這個(gè)理論框架下，實(shí)數(shù)形式的界限為7.66，而實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果為8.09，超過判據(jù)43個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差。實(shí)驗(yàn)結(jié)論支持量子物理需要使用復(fù)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(xué)基金委、中科院、科技部、教育部、安徽省等的支持。