中国科学技术大学实数量子力学检验实验入选2022年国际物理学十大进展

[本刊讯] 2022年12月20日，美国物理学会旗下Physics网站公布2022年国际物理学领域十项重大进展，中国科学技术大学的实数量子力学检验系列实验入选。

经典物理学只用实数就可以写出所有定律，僅为方便计算主观引入复数。而量子力学是否必须使用复数描述，以及虚数的基本单位i是否客观实在一直存在争议。

检验复数在量子力学中的必要性的理论判据于2021年被提出。该理论测试方案是在一纠缠交换网络中，3个参与者接收2个相互独立的纠缠源产生的纠缠粒子，并各自独立地对接收到的粒子进行本地测量。遵守实数形式量子物理的3个参与者不能获得标准量子理论中允许的界限，从而可排除以实数形式描述标准量子力学的可能性。

2021年潘建伟团队率先开展实验检验。基于自主研发的超导量子体系，增加量子比特之间的间距以减少近邻耦合。两个纠缠脉冲序列用于制备两对纠缠态，将量子比特分发给3个参与者。每个参与者独立选择要执行的测量操作。实验结果以超过判据43个标准差的精度首次证明了复数在标准量子力学形式中的必要性。

为填补定域漏洞等问题，团队开展了新的实验。利用具有5个节点的纠缠交换光量子网络，每个节点间隔足够远以防参与者之间互相影响。两个互相独立的纠缠源产生纠缠光子对，分发给远处3个参与者。每个参与者都不受其他参与者的测量选择和结果影响，各自独立进行本地随机测量操作。实验结果以5.3个标准差超过了实数形式的量子力学预测结果，严格验证了量子力学中复数的不可或缺。

系列实验研究工作首次在爱因斯坦严格定域条件下证明了“虚数不虚”，加深了对量子基础物理的认知，激发科学家探索更多量子力学基本问题。

（勇 兰）