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发布时间：
2022-12-22
北京时间2022年12月20日，美国物理学会（American Physical Society）旗下Physics网站公布今年国际物理学领域的十项重大进展（“Highlights of the Year”），回顾2022年国际范围内取得的代表性科研成果。其中，济南量子技术研究院张强、江扬帆与合作单位合作的实数量子力学检验系列实验成果入选。
物理学家使用数学来描述自然规律。复数中的虚数的基本单位i，对应于英文“想象的”。在经典物理学中，人们只用实数就可以写出所有定律，而复数仅仅作为一个方便的计算工具被主观引入。随着量子力学诞生，量子力学是否必须使用复数描述，以及这个“想象的”i是否客观实在，是一直存在着争议的、长期的基础性问题。
检验复数在量子力学中的必要性的理论判据在2021年被提出（Nature 600, 625–629 (2021)）。这个理论测试方案可以被认为是一个三方非定域游戏，三个参与者不能获得标准量子理论中允许的界限，从而可以排除以实数形式描述标准量子力学的可能性。
早期的实验由于量子比特在距离上无法满足理论方案中类空间隔的要求，因而存在定域、测量和纠缠源独立性等问题。为了更加严谨地检验复数的客观存在性，填补存在的定域漏洞等问题，研究院与中国科大合作的研究团队又开展了新的实验。研究团队利用了一个具有五个节点的纠缠交换光量子网络，每个节点之间相距至少89米，防止信息以光速从参与方传播到另一方，从而参与者之间互相影响导致实验结果的不可信。在此类空间隔的基础上，两个互相独立的纠缠源各自独立产生纠缠光子对，分发给远处的三个参与者进行高速随机的光子测量操作。实验过程中，每个参与者都不受其他参与者的测量选择和结果影响，各自分别独立地进行本地的随机测量操作。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，实验结论支持量子物理需要使用复数，更严格验证了量子力学中复数的不可或缺。
严格非定域实数量子力学检验实验装置图。肖像图分别是三个并列第一作者，从左到右顾雪梅、吴典、江扬帆。(PRL 129, 140401(2022))
实数量子力学检验实验首次在爱因斯坦严格定域条件下证明“虚数不虚”，不仅加深了人们对量子基础物理的认知，激发科学家们探索更多的量子力学基本问题，也为未来量子信息技术的探索提供了新的启示。
近年来，济南量子技术研究院与国际顶尖科学团队强强联合，不断取得突破性成果。面向未来，研究院团队将保持矢志报国的情怀，坚持创新为上的理念,不断形成国际领先的量子领域原创成果，实现更多“从0到1”的突破，为国家建设科技强国、为济南抢占量子科技产业高地贡献力量。