根据一组新的研究，虚数具有真正的物理意义。
虚数可以与实数结合形成复数，这些数字被认为在日常生活中没有任何类似物。相比之下，实数显然是可以观察到的：1或2在现实世界中很容易识别。pi是圆的周长与其直径之比；32华氏度（0摄氏度）是水的凝固点。但是，在现实世界中，没有任何事物可以像负1的平方根一样代表虚数。
直到现在，也许：由波兰华沙大学的亚历山大·斯特列佐夫和合肥的中国科学技术大学的吴康大带领的团队进行的一项新研究发现，虚数实际上携带着有关量子的真实信息。状态。
该研究的合著者，加拿大卡尔加里大学的数学物理学家卡洛·玛丽亚·斯坎多洛说：“它们不仅仅是数学的人工产物。” 他说，相反，“确实存在复数”。
虚数在量子理论中一直占有一席之地。用这些复数表示用于描述微小量子粒子行为的方程式。斯坎多洛告诉《生命科学》，这提出了一个问题：这些数字仅仅是数学工具，还是代表着这些方程式所描述的量子态的真实存在？
为了找出答案，研究人员使用了数学框架来确定虚数是否为“资源”。在量子理论中，“资源”具有特定的含义：一种属性，该属性能够实现原本不可能的新动作。量子纠缠是量子理论中的一种资源，因为它允许诸如量子隐形传态或位置之间的信息传递之类的动作。
如果虚数是一种资源，它们将使物理学家比虚数不存在时能做的更多。该小组的计算表明，虚数确实是一种资源。但是下一步是检查现实世界中的数学。
为此，研究人员建立了一个光学实验，其中一个光源将纠缠的光子（光粒子）发送到两个接收器“爱丽丝”和“鲍勃”。目标是让爱丽丝（Alice）和鲍勃（Bob）确定光子的量子态。他们可以对自己的光子执行局部测量，然后比较测量值，这将使Alice和Bob可以计算出猜测相反光子正确状态的概率。
研究人员发现，对于某些成对的量子态，爱丽丝和鲍勃可以100％准确地猜测出这些态，但前提是允许它们在其局部测量中使用虚数。当禁止它们使用虚数时，就不可能准确地将两个状态区分开。
斯堪多洛说：“在这种情况下，如果删除复数，我将完全失去区分这两种状态的能力。”
换句话说，实验发现了与数学相同的东西：复数的损失等于有关量子系统的真实信息的损失。
这些复数所携带的信息与简单的物理特性（例如电子的自旋）无关。相反，Scandolo说，这与从该粒子所在的粒子中提取信息的能力有关，而无需考虑与远处其他粒子的相互作用。
现在，研究人员计划扩大对量子理论中其他情况的搜索，在这些情况下，虚数可能是量子资源。他们还想更多地了解虚数在量子信息的使用中是如何发挥作用的。斯堪多洛说，例如，虚数携带的信息也可能有助于解释量子计算允许传统计算所不允许的行为的根本原因。
他说：“从基础的角度来看，这很重要，而且对于理解我们如何更好地利用量子资源以及量子世界是如何工作的一种方式也很重要。”
该研究于3月1日发表在《物理评论A》和《物理评论快报》上。
