ICFO
这项研究的艺术插图发表在《自然》杂志上
功劳:格奥尔基·埃尔马科夫和谢尔盖·勒贝延斯基
物理学家构建理论来描述自然
让我们用日常生活中可以做的事情来做个类比来解释，比如去山里徒步旅行
为了避免迷路，我们通常使用地图
这张地图描绘了这座山以及它的房屋、河流、小路等
通过使用它，我们很容易找到去山顶的路
但是地图不是山
这张地图构成了我们用来描绘这座山的现实的理论
物理理论是用数学对象来表达的，如方程、积分或导数
在历史上，物理理论不断发展，利用更复杂的数学概念来描述更复杂的物理现象
量子理论在20世纪初被引入来代表微观世界，它的出现改变了游戏规则
在它带来的众多剧烈变化中，它是第一个用复数表述的理论
由数学家在几个世纪前发明的复数是由实部和虚部组成的
被认为是理性科学之父的著名哲学家笛卡尔创造了“虚数”这个术语，并将其与他所谓的“实数”进行了强烈的对比
尽管复数在数学中有着重要的作用，但由于它的虚部，人们并不认为它在物理学中有类似的作用
事实上，在量子理论之前，牛顿力学或麦克斯韦电磁学用实数来描述，比如，物体如何运动，以及电磁场如何传播
这些理论有时使用复数来简化一些计算，但是它们的公理只使用实数
薛定谔的困惑 量子理论从根本上挑战了这种状况，因为它的基本假设是用复数来表述的
新理论，即使对预测实验结果非常有用，例如完美地解释了氢原子的能级，也违背了支持实数的直觉
为了寻找电子的描述，薛定谔第一个通过他著名的方程在量子论中引入了复数
然而，他无法想象复数在物理学的基本层面上是必要的
就好像他找到了一张代表山脉的地图，但这张地图实际上是由抽象和非直观的图画组成的
他是如此的困惑，以至于他在1926年6月6日给洛伦兹写了一封信，说“这里令人不快的，而且确实直接被反对的，是复数的使用
ψ基本上肯定是一个实函数
几十年后的1960年，教授
E
C
G
来自日内瓦大学的Stueckelberg证明了量子理论对单粒子实验的所有预测同样可以仅用实数推导出来
从那以后，人们的共识是，量子论中的复数只是一个方便的工具
然而，在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中，ICFO研究人员马克-奥利维尔·雷诺和ICREA教授
在ICFO·安东尼奥·阿肯大学，与教授合作
来自日内瓦大学和沙夫豪森理工学院的尼古拉斯·吉辛，来自维也纳理工大学的阿明·塔瓦科利，大卫·特里洛，米尔贾姆·韦伦曼和廷·P
乐教授领衔
来自维也纳奥地利科学院量子光学和量子信息研究所(IQOQI)的米格尔·纳瓦斯库证明，如果量子假设是用实数而不是复数来表述的，那么关于量子网络的一些预测必然会有所不同
事实上，研究小组提出了一个具体的实验方案，涉及由两个粒子源连接的三方，标准复杂量子理论的预测不能用它的真实对应物来表达
两个源和三个节点 为了做到这一点，他们想到了一个特定的场景，包括两个独立的源(S和R)，放置在一个基本量子网络的三个测量节点(A、B和C)之间
光源S发射两个粒子，比如光子，一个到A，另一个到B
这两个光子处于纠缠态，比如偏振态
也就是说，它们具有相关的极化，这是量子理论(复杂的和真实的)允许的，但经典上是不可能的
源R做的完全一样，发射另外两个以纠缠态准备的光子，分别把它们送到B和C
这项研究的关键是找到合适的方法来测量节点A、B、C中的这四个光子，以便获得量子理论局限于实数时无法解释的预测
正如ICFO研究人员马克-奥利维耶·里诺评论的那样:“当我们发现这个结果时，挑战是看看我们的思维实验是否可以用当前的技术来完成
在与来自中国深圳的同事讨论后，我们找到了一种方法来调整我们的协议，使其适用于他们最先进的设备
正如所料，实验结果与预测相符
“这项与南方科技大学的李正达、毛雅丽、、冯立新、、、电子科技大学的王子柱合作实现的卓越实验与《自然》杂志在《物理评论快报》上发表的论文同时发表
发表在《自然》杂志上的结果可以看作是贝尔定理的推广，它提供了一个无法用任何局部物理形式主义解释的量子实验
贝尔的实验涉及一个量子源S，它发射两个纠缠光子，一个到A，另一个到B，准备处于纠缠态
相比之下，这里需要两个独立的来源，假设的独立性是至关重要的，并且是在实验中精心设计的
这项研究还表明，当量子网络的概念与贝尔的想法结合起来时，预测是多么出色
可以肯定的是，为获得这第一个结果而开发的工具将使物理学家对量子理论有更好的理解，并且有一天会触发量子互联网迄今为止深不可测的应用的实现和具体化
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