物理学家证明量子力学的虚构部分真的存在!

粒子量子物理概念

一项国际研究团队证明,在现实世界中可以在行动中观察到量子力学的虚构部分。

在近一个世纪中,物理学家对基本问题感兴趣:为什么在量子力学中是如此重要的复杂数字,即,包含具有虚数我的组件的数字?通常,假设它们只是促进现象描述的数学技巧,并且只有在实数表达的结果只有物理意义。然而,波兰语 - 中国 - 加拿大研究人员队证明了量子力学的虚构部分可以在现实世界中的行动中观察到。

我们需要极大地重建我们关于数字能够描述物理世界的天真想法。到目前为止,似乎只有实数才与可测量的物理量有关。然而,华沙大学量子光学技术中心(QOT)的Alexander Streltsov博士的团队在合肥中国科学技术大学和卡尔加里大学的科学家的参与下进行的研究,发现纠缠光子的量子态,除非求助于复数才能区分。此外,研究人员还进行了一个实验,证实了复数对量子力学的重要性。描述理论和测量的文章刚刚出现在期刊上物理评论快报物理评论A.

光子量子力学复数

光子可以如此纠结,在量子力学中,它们的状态不能在不使用复数的情况下描述。信用:QOT / JCH

在物理学中,复数在本质上被认为是纯粹的数学。确实,尽管它们在量子力学方程中起着基本作用,但它们被简单地当作一种工具,一种便于物理学家计算的东西。现在,我们已经从理论上和实验上证明,只有在必须有复数参与的情况下进行计算,才能区分量子态。

复杂数字由两个组成,真实和虚构组成。它们具有A + BI的形式,其中数字A和B是真实的。BI组件负责复数的特定特征。这里的关键作用是由虚数I,即-1的平方根播放。

在物理世界中没有任何东西可以直接与数字i相关。如果桌子上有2或3个苹果,这是很自然的。当我们拿走一个苹果,我们可以说身体缺陷,用负整数-1来描述它。我们可以把苹果切成两段或三段,得到有理数1/2或1/3的物理等价物。如果桌子是一个完全方形,它的对角线将是√2乘以边长(无理数)。与此同时,即使有世界上最好的意愿,也不可能把苹果放在桌子上。

用于产生量子态的光子源

用于产生需要描述复数的量子状态的光子源。信用:USTC.

物理中复杂数字的令人惊讶的职业是与他们可以用于描述各种振荡的事实,而不是使用流行的三角函数。因此,使用复数来执行计算,然后在最后仅考虑其中的实数。

与其他物理理论相比,量子力学是特殊的,因为它必须描述在某些条件下可以表现出颗粒的物体,并且在其他条件下类似的波浪。这种理论的基本方程作为假设,是Schrödinger方程。它描述了一种称为波函数的某种函数的时间的变化,该波函数与在特定状态下找到系统的概率分布有关。但是,我在Schrödinger方程中的波浪函数旁边出现的虚数。

“几十年来,人们一直在争论是否可以仅用实数就创造出连贯和完整的量子力学。所以,我们决定找到只有用复数才能区分的量子态。决定性的时刻是我们创建这些状态并检查它们是否可区分的实验,”Streltsov博士说,他的研究得到了波兰科学基金会的资助。

验证复数在量子力学中作用的实验可以以Alice和Bob的游戏形式呈现,并由一位大师进行博弈。游戏大师使用激光和晶体的设备,将两个光子结合成两个量子态中的一个,这绝对需要使用复数来区分它们。然后,一个光子被发送给Alice,另一个发送给Bob。它们中的每一个都测量自己的光子,然后与另一个通信,以建立任何现有的关联。

“让我们假设Alice和Bob的测量结果只能接受0或1. Alice看到0s和1s的典型序列,如鲍勃。但是,如果他们沟通,他们可以在相关测量之间建立联系。如果游戏主人将它们发送相关状态,则当一个人看到0时,另一个。如果他们收到反相关的国家,当爱丽丝措施0时,鲍勃将有1.通过相互协议,Alice和Bob可以区分我们的国家,但只有他们的量子性质从根本上复杂,“斯特利斯博士说。”

被称为量子资源理论的方法用于理论描述。使用线性光学技术在Hefei在Hefei进行实验室在Hefei进行局部歧视的实验本身。由研究人员编写的量子态结果是可区分的,这证明复杂的数字是量子力学的积分不可磨灭的一部分。

波兰语 - 中国加拿大研究人员的成就是至关重要的,但它非常深刻,可以翻译成新的量子技术。特别是,在量子力学中复杂数字的角色研究可以有助于更好地了解量子计算机效率的源,可以通过经典计算机无法实现的速度解决一些问题的最新计算机器。

参考:

“运营资源资源理论的象征性”由康大武,塔拉瓦·沃尔拉,斯普朗·拉纳,卡洛玛丽亚斯堪尔多洛,郭永祥,川峰李,广 - 可以郭和亚历山大斯特拉斯托夫,3月1日2021年,物理评论快报
DOI:10.1103 / physrevlett.126.090401

“想象的资源理论:量化和状态转换”,作者:Wu Kang-Da, Tulja Varun Kondra, Swapan Rana, Carlo Maria Scandolo, Guo- yong Xiang, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo and Alexander Streltsov, 2021年3月1日物理评论A.
DOI:10.1103 / physreva.103.032401

华沙大学(UW)量子光学技术中心是国际研究议程项目的一个单位,该项目由波兰科学基金会实施,资金来自智能发展业务项目。该单位的所在地是华沙大学新技术中心。该单元对量子现象的使用进行研究,如在光学技术中的量子叠加或纠缠。这些现象在通信中有潜在的应用,在通信中它们可以确保数据传输的安全性,在成像中它们有助于提高分辨率,在计量中增加准确性测量。华沙大学的量子光学技术中心正在积极寻找与外部实体合作的机会,以便在实践中使用研究结果。

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