中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)、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(wú)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。

標(biāo)準(zhǔn)量子理論是用復(fù)值薛定諤方程、波函數(shù)、算子和希爾伯特空間制定的。以前的研究工作試圖通過利用擴(kuò)大的希爾伯特空間來模擬只用實(shí)數(shù)的量子系統(tǒng)。但這引出了一個(gè)基本問題——在量子理論的標(biāo)準(zhǔn)形式主義中，復(fù)數(shù)真的是必要的嗎？

用于執(zhí)行量子游戲的量子電路

為了回答這個(gè)問題，潘建偉團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)量子游戲，通過揭示高保真多量子實(shí)驗(yàn)和只使用實(shí)數(shù)量子理論的玩家之間的矛盾，來區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)量子理論與實(shí)數(shù)模擬。在這里，利用超導(dǎo)量子比特，潘建偉團(tuán)隊(duì)忠實(shí)地實(shí)現(xiàn)了基于確定性糾纏互換的量子游戲，保真度達(dá)到了最先進(jìn)的0.952。實(shí)驗(yàn)結(jié)果以43個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差違反了7.66的實(shí)數(shù)約束。我們的結(jié)果推翻了實(shí)數(shù)的表述，確立了復(fù)數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)量子理論中不可缺少的作用。

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(píng)論快報(bào)》上，題為“Ruling Out Real-Valued Standard Formalism of Quantum Theory”。美國(guó)物理學(xué)會(huì)Physics網(wǎng)站和《自然》雜志分別邀請(qǐng)國(guó)際專家撰寫了相關(guān)Viewpoint和News & Views評(píng)論文章。