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虚数不虚,中科大潘建伟团队首次严格确认量子力学中复数的必要性

栏目:财经    时间:2022-10-30 12:39   来源: IT之家   关键词:阅读量:10767      

只有实数不能完全描述标准量子力学实验证实,复数对于量子物理是必不可少的

虚数不虚,中科大潘建伟团队首次严格确认量子力学中复数的必要性

潘剑伟,,陆朝阳,张强等中国科技大学与济南量子技术学院合作的新成果等,登上了《物理评论快报》的榜首

长期以来,复数一直被认为是量子力学中一种方便的辅助工具,但是否有必要却令人怀疑。

就连薛定谔自己在第一次推导波函数方程的时候,也尽量避免使用虚数I。

他做了一段时间,但很快就放弃了,因为引入复数后计算简单多了。

今年年初,潘建伟团队完成了第一个用超导量子方法验证复数必要性的实验,引起了轰动。

但是当时的实验还是存在一些漏洞,比如定域性,测量独立性,纠缠源独立性。

这一次,团队改用光量子方法设计更严格的实验来改善这些问题,这些实验以5.3个标准差超过了实数形式的量子力学预测结果。

这项成果引起了物理学界的广泛兴趣,美国物理学会也专门撰文介绍这项工作。

扩展班贝尔实验的原理

首先看实验原理潘建伟团队的两个实验是著名的贝尔实验的延伸

在最初的贝尔实验中,一对纠缠量子被送到两个接收器,通常被命名为爱丽丝和鲍勃。

Alice和Bob分别测量量子的偏振,然后比较测量结果,判断两次测量结果的相关性。

根据经典物理学的观点,这种关联有一个最大值。

从70年代开始,很多实验都超过了这个最大值,支持了量子力学的观点。

后来证明不需要引入复数,只有量子力学的真实版本才能描述贝尔实验的结果。

约翰·贝尔

直到2021年1月,奥地利,西班牙,瑞士等国的研究团队提出了验证复数必要性的扩展实验。

一对分别发给爱丽丝和鲍勃,另一对发给鲍勃和查理,三方交叉比对测量结果在这种情况下,仅用实数并不能完全描述实验结果

但当时这篇论文只是提出了扩展钟实验的设计思路,还需要有人去验证。

更严格的实验来堵塞漏洞。

但当时两个实验都存在原贝尔实验的漏洞。

其中,中科大的实验在同一个超导量子芯片上使用了四个量子比特,距离不满足空间分隔的要求。

简单来说,距离不够远,不排除以光速传播的隐藏信息干扰测试结果的可能。

为了解决这些漏洞,团队进行了第二次实验验证。

在最新的实验中,研究团队选择了五个站点,它们之间相距至少89米,并设置了满足类空分离的纠缠交换光量子网络。

这样,即使存在未知的信息传递机制,只要不超过光速,就不能干扰实验结果,也就是把局部的漏洞堵住了。

据中科大量子物理与量子信息研究系介绍,实验网络中的两个独立源独立产生纠缠光子对,分发给三个相距较远的参与者进行高速随机光子测量。

在实验过程中,参与者不受其他参与者的测量选择和结果的影响,他们独立地执行局部随机操作来堵塞独立性漏洞。

不过,论文也提到,堵塞独立性漏洞是基于隐藏变量与状态一起创造的假设。

不可能把所有的漏洞都堵上,因为这些粒子的关联可能从宇宙诞生就存在了。

最初设计这个实验的西班牙光子学研究所研究员马克—奥利维耶·雷诺认为,虽然独立漏洞永远无法被完全封堵,但未来可以量化。

最后,上次超导量子实验中被堵住的探测孔在光量子实验中重现。

因为在目前的设备下无法测量所有的光子,不同的采样也可能影响结果。

对于这个问题,陆朝阳表示,希望接下来能研究出一种新的方法,同时堵住这些漏洞。

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