本报讯   12月20日，美国物理学会旗下的Physics网站公布今年国际物理学领域十项重大进展，回顾了2022年国际范围内取得的代表性科研成果。中国科大潘建伟、陆朝阳、朱晓波、张强等完成的实数量子力学检验系列实验入围。 

虚数i在量子力学中无处不在，是工具还是物理实在？

潘建伟团队在国际上率先开展了对实数量子力学的一系列检验。2021年，团队基于自主研发的超导量子体系，采用了I形的Transmon量子比特设计来增加量子比特之间的间距，以减少在同一个超导芯片上的比特之间的近邻耦合。通过高精度的量子操控技术，两个纠缠脉冲序列用于制备两对纠缠态，将量子比特分发给参与的三方。每一方各自独立选择要在其量子位上执行的测量操作，包括一个完整的贝尔态测量。最后，根据测量结果的联合统计分布计算量子博弈游戏的分数，仅用实数的参与者最多可以获得7.66分，而实验结果显示，由4个超导量子比特组成的三方参与者可以获得8.09(1)分，以超过判据43个标准差的实验精度首次证明了复数在标准量子力学形式中的必要性。

超导实验利用了确定性的纠缠交换和量子比特测量，关闭了探测效率潜在的漏洞。但是，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。为了严格地检验复数的客观存在性，填补存在的定域漏洞等问题，研究团队又开展了新的实验，利用了一个具有五个节点的纠缠交换光量子网络。每个节点之间距离相距至少89米，以防止信息可以以光速的速度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。

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”，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。    

（合肥微尺度物质科学国家研究中心  中科院量子信息与量子科技创新研究院 ）