物理学家对量子力学的一项长期公设提出了质疑：我们真的需要虚数吗？来自杜塞尔多夫海因里希·海涅大学（HHU）和德国航空航天中心（DLR）的研究团队展示了一个出人意料的结果：量子力学完全可以用普通的实数来描述。该研究已发表在《物理评论快报》上，并被美国物理学会评为“亮点”文章。
几十年来，量子理论一直建立在复数的基础之上，其中实部代表量子态的振幅，虚部则代表相位。人们一度认为这些奇怪的数字（其平方为负数）是不可或缺的：如果没有它们，就无法描述从干涉到纠缠的关键量子现象。2021年，由马克-奥利维尔·雷努（Marc-Olivier Renou）领导的国际研究小组在《自然》杂志上发表论文，证明任何仅基于实数的量子力学版本都可以在实验上被推翻。这在当时似乎已成定论。
然而，达格玛·布鲁斯（Dagmar Bruß）教授及其博士生佩德罗·巴里奥斯·希塔（Pedro Barrios Hita）重新审视了其中一个关键假设。他们并没有在组合量子系统时强求数学上的完全一致，而是采用了一种并非基于形式公设，而是基于物理意义的方法：如果一个操作仅作用于两个独立子系统中的一个，那么它不应对第二个子系统产生可测量的影响。这一简单而符合逻辑的条件最终被证明是决定性的。
研究结果令团队感到震惊：他们发现了一系列完全基于实数构建的量子理论，而且对于任何可以想象的实验，这些理论的预测结果都与标准量子力学完全一致。
“这两种框架对任何可能的实验都能给出相同的预测，”布鲁斯教授解释道。“这意味着在这种方法下，虚数在量子力学中并非从根本上必不可少，原则上可以用使用实数的替代方案来取代。”
这对实践——从量子计算机到安全通信——意味着什么？这仍然是一个悬而未决的问题，实验人员才刚刚开始探索其影响。但这种等效表述的存在本身就已经颠覆了我们对该理论数学基础的理解：事实证明，那些看似物理现实基本特征的东西，可能仅仅是一种便捷的计算工具。
