Фізики поставили під сумнів давній постулат квантової механіки: чи справді нам необхідні уявні числа? Команда з Університету імені Генріха Гейне в Дюссельдорфі (HHU) та Німецького аерокосмічного центру (DLR) продемонструвала неочікуваний результат — квантову механіку можна цілком описати за допомогою звичайних, дійсних чисел. Результати дослідження оприлюднені в журналі Physical Review Letters і отримали статус Highlight від Американського фізичного товариства.
Протягом десятиліть теорія базувалася на комплексних числах, де дійсна частина визначає амплітуду квантового стану, а уявна — його фазу. Тривалий час вважалося, що ці незвичні числа (квадрат яких є від’ємним) є незамінними, адже без них неможливо пояснити ключові квантові явища — від інтерференції до заплутаності. У 2021 році міжнародна група дослідників на чолі з Марком-Олів'є Рену опублікувала в журналі Nature статтю, де доводила можливість експериментального спростування будь-якої версії квантової механіки, побудованої лише на дійсних числах. Тоді це сприйняли як остаточний вердикт.
Проте професор Дагмар Брусс та її докторант Педро Барріос Хіта вирішили переглянути одне з ключових припущень. Замість вимоги повної математичної ідентичності при об’єднанні квантових систем, вони застосували інший підхід, що ґрунтується на фізичному змісті, а не на формальних постулатах: якщо операція впливає лише на одну з двох незалежних підсистем, вона не повинна спричиняти вимірюваний ефект у другій. Ця проста та логічна умова виявилася вирішальною.
Отриманий результат вразив науковців: з’явилося ціле сімейство квантових теорій, які оперують виключно дійсними числами і водночас дають ті самі прогнози, що й стандартна квантова механіка, для будь-якого можливого експерименту.
«Обидві концепції забезпечують ідентичні результати для будь-якого потенційного досліду, — пояснила професор Брусс. — Це означає, що в межах такого підходу уявні числа не є фундаментально необхідними для квантової механіки і в теорії можуть бути замінені альтернативними формулюваннями на основі дійсних чисел».
Яке значення це матиме для практики — від розробки квантових комп’ютерів до систем захищеного зв’язку? Питання залишається відкритим, і експериментатори лише починають вивчати можливі наслідки. Проте сам факт існування такої еквівалентної моделі вже змінює наше уявлення про математичні основи теорії: виявляється, те, що вважалося фундаментальною властивістю фізичної реальності, може бути лише зручним інструментом для обчислень.
