杜塞尔多夫海涅大学（HHU）的物理学家与德国航空航天中心（DLR）合作，研究了量子力学的一项基本性质。他们在科学期刊《物理评论快报》上发表文章指出，该理论不一定非要用虚数来表述——实际上也可以使用实数。美国物理学会也在其《物理》杂志上为这些发现专门刊登了一篇“亮点”报道。
该理论准确地描述了广泛的微观现象。其中包括著名的双缝实验，在该实验中粒子也表现出波动行为；以及量子隧穿，即粒子有一定概率穿过势垒，即使它们在经典意义上没有足够的能量来克服它。其他关键的量子效应，如纠缠和相干性，现在构成了包括量子计算和量子通信在内的新兴技术的基础。
复数真的必不可少吗？
几十年来，量子力学一直依赖于复数，复数结合了实部和虚部。在量子态的数学描述中，实部代表振幅，而虚部代表相位。这一框架长期以来被认为对于描述许多量子过程至关重要。
尽管如此，物理学家一直在争论复数究竟是自然界的基本组成部分，还是仅仅作为一种方便的数学工具。这个问题自然引出了另一个问题：量子力学能否仅用实数来表述？
重新审视一个关键的量子假设
一项2021年的研究得出结论，在量子力学的标准公设下，复数是不可或缺的（Renou等人，《自然》600, 625 (2021)）。实验结果也支持这一结论。
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）的研究人员，在Dagmar Bruß教授博士和博士研究员Pedro Barrios Hita的带领下，决定重新审视那项早期工作背后的假设。
在发表在《物理评论快报》上的一项新研究中，他们发现2021年分析中使用的公设之一比必要的限制性更强。通过用一种不同的、基于物理动机的方法来描述量子系统的组合方式，他们确定了一族可以完全用实数表达的理论，这些理论在实验上与传统量子力学不可区分。
Bruß教授表示：“这意味着对于任何可设想的实验，这两个框架都能得出相同的预测。在这个框架内，虚数因此在量子力学中不是本质上必需的，原则上可以被使用实数的替代表述所取代。”