驗證量子力學(xué)，中國糾纏交換光量子網(wǎng)絡(luò)實驗成功

據(jù)業(yè)內(nèi)消息，近日中國-濟南量子技術(shù)研究院的張強/江揚帆與中科大的潘建偉院士團隊合作，實現(xiàn)了國際上首次在關(guān)閉了定域性、測量獨立性以及糾纏源獨立性等漏洞的基礎(chǔ)上，利用糾纏交換光量子網(wǎng)絡(luò)對實數(shù)形式的量子力學(xué)進行了檢驗，并以大于5.3個標準差的實驗精度驗證了量子力學(xué)中復(fù)數(shù)的必要性，同時在《Physical Review Letters》上發(fā)表了相關(guān)研究成果。

量子力學(xué)(Quantum Mechanics)是非常著名的物理學(xué)理論，是研究物質(zhì)世界微觀粒子運動規(guī)律的物理學(xué)分支，主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論。

量子力學(xué)和相對論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)，量子力學(xué)不僅是現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一，而且在化學(xué)等學(xué)科和許多近代技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。

19世紀尾頁，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)當(dāng)時現(xiàn)有的經(jīng)典理論無法解釋微觀系統(tǒng)，于是在眾多物理學(xué)家的研究下，上一個世紀創(chuàng)立了量子力學(xué)，并通過量子力學(xué)解釋了這些現(xiàn)象。

量子力學(xué)從根本上改變?nèi)祟悓ξ镔|(zhì)結(jié)構(gòu)及其相互作用的理解，除了廣義相對論描寫的引力以外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力學(xué)的框架內(nèi)描述。

數(shù)學(xué)是物理的基石，在數(shù)學(xué)里負數(shù)的平方根是虛數(shù)，虛數(shù)與實數(shù)構(gòu)成復(fù)數(shù)的概念，虛數(shù)由著名數(shù)學(xué)家笛卡爾創(chuàng)立，其引入使得數(shù)學(xué)成為了處理復(fù)雜物理問題的一種強大的工具。奧地利理論物理學(xué)家、量子力學(xué)奠基人之一薛定諤將虛數(shù)引入波動方程，用來描述粒子的量子行為。

雖然薛定諤提出的波函數(shù)是復(fù)數(shù)形式，但粒子出現(xiàn)的概率是實數(shù)，量子物理是否確實需要復(fù)數(shù)的參與這個話題似乎薛定諤本人也并不十分確定，甚至包括薛定諤在內(nèi)的一些物理學(xué)家試圖將量子理論實數(shù)化。

畢竟物理學(xué)是一門以實驗為論證依據(jù)的學(xué)科，任何推測要想正是必不可少的就是實驗結(jié)果支撐。因此為了更加嚴謹?shù)貦z驗復(fù)數(shù)的客觀存在性，濟南量子技術(shù)研究院與中科大合作的研究團隊嚴格遵守定域條件，在五節(jié)點糾纏交換光量子網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，利用網(wǎng)絡(luò)中的相互獨立的兩個糾纏源產(chǎn)生獨立糾纏光子對，分別分發(fā)至遠處的三個參與者進行高速隨機的光子測量操作。

最后實驗結(jié)果用大于5.3個標準差的精度超過了實數(shù)形式的量子力學(xué)預(yù)測結(jié)果，成功驗證了量子力學(xué)中的復(fù)數(shù)并不像包括薛定諤在內(nèi)的一種物理學(xué)家所想的輔助計算，而是在量子力學(xué)中擁有無法忽視的物理意義。