复数在量子理论中是必要的吗？中国科大首次实验排除实数形式的标准量子力学

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、朱晓波等和西班牙塞维利亚大学Cabello教授合作，利用超高精度超导量子线路实现确定性纠缠交换，以超过43个标准差的实验精度证明了实数无法完整描述标准量子力学，确立了复数的客观实在性。

标准量子理论是用复值薛定谔方程、波函数、算子和希尔伯特空间制定的。以前的研究工作试图通过利用扩大的希尔伯特空间来模拟只用实数的量子系统。但这引出了一个基本问题——在量子理论的标准形式主义中，复数真的是必要的吗？

用于执行量子游戏的量子电路

为了回答这个问题，潘建伟团队开发了一个量子游戏，通过揭示高保真多量子实验和只使用实数量子理论的玩家之间的矛盾，来区分标准量子理论与实数模拟。在这里，利用超导量子比特，潘建伟团队忠实地实现了基于确定性纠缠互换的量子游戏，保真度达到了最先进的0.952。实验结果以43个标准差违反了7.66的实数约束。我们的结果推翻了实数的表述，确立了复数在标准量子理论中不可缺少的作用。

相关研究成果近日以“编辑推荐”的形式发表在《物理学评论快报》上，题为“Ruling Out Real-Valued Standard Formalism of Quantum Theory”。美国物理学会Physics网站和《自然》杂志分别邀请国际专家撰写了相关Viewpoint和News & Views评论文章。