华南师范大学量子光学与量子信息团队在《Science Advances》上发表了重要研究，首次利用单光子干涉系统与高精度量子测量技术，对理查德·费曼提出的路径积分理论的两个核心假设进行了直接实验检验。自1948年费曼提出量子力学路径积分概念以来，这一理论为量子力学及后续理论的发展奠定了基础，但一直以来被视为数学计算工具，难以通过实验直接验证。
费曼路径积分的基本理论强调一个量子粒子从时空点A移动到时空点B并非遵循一条经典轨道，而是同时经过所有可能路径。这个思路基于两个主要假设：第一，系统状态的总概率幅是所有路径概率幅的线性叠加；第二，各路径对总概率幅的贡献在幅度上相等，只存在相位差异。
为了直接检验这两个假设，研究团队面临的挑战是如何在不破坏干涉图案的情况下测量粒子在不同路径上的概率幅。传统的强测量方法会导致波函数的塌缩，从而丢失相位信息。为此，研究团队实施了三个核心创新：首先，使用弱测量技术将单光子路径与偏振耦合，以提取路径上的“弱值”，从而避免了波包塌缩问题；其次，团队构建了一个能够控制并捕捉数百万条可分辨路径的复杂光学系统，为验证路径叠加提供了丰富的数据；最后，通过优化光学系统和弱测量算法，提升了信号重构的保真度，确保了微弱路径信号的准确记录。 龙8头号玩家国际
实验结果表明，团队成功验证了路径积分的两个假设。对于第一假设，测得的路径概率幅通过矢量叠加与实际干涉图样高度吻合，证明了量子系统确实是所有可能路径的相干叠加。对于第二假设，测量结果显示各路径的概率幅模长一致，且相位差严格符合经典作用量的理论预期。
此研究不仅展示了高难度的量子光学实验，也为量子力学的基础理解提供了重要物理依据，证明“虚路径”的物理实在性。且该实验中的技术创新为其他复杂量子系统的研究和量子干涉仪的精密测量开拓了新路径。这项研究进一步探索了量子与经典之间的边界，揭示了量子叠加态在作用量变化时的表现。
