近日，我院冷原子科研团队在国际上首次直接验证了费曼路径积分的两条基本假设，相关成果以“Direct experimental test of Feynman’s path integral postulates with single photons”为题发表于国际顶尖期刊《Science Advances》。

理查德·费曼于1948年提出的路径积分，是现代量子物理最具影响力的理论表述之一。它用一组简洁而深刻的规则描述量子演化：从初态到末态的所有可能路径分别贡献一个复概率幅，这些路径相干叠加后产生最终的量子态。费曼为此提出了两条基本假设：一是粒子到达终点的概率源于所有可能路径概率振幅的复数相干干涉叠加；二是所有路径贡献的概率振幅模长相等，且其相位由经典作用量唯一确定。

路径积分深刻改变了量子物理的发展。它为描述粒子相互作用、量子涨落和规范场提供了统一而直观的理论语言，推动了量子场论、费曼图方法和粒子物理标准模型的发展，并广泛应用于凝聚态物理、统计物理、宇宙学和量子引力等领域。更重要的是，路径积分通过经典作用量将量子规律与经典物理联系起来，成为现代物理学中连接不同理论领域的重要桥梁。它既是研究前沿物理问题的基本工具，也是理解量子世界底层逻辑的重要框架。杨振宁先生曾将费曼的路径积分视为费曼最重要的科学贡献，认为它把量子化、对称性和相位因子这三条20世纪理论物理的重要主旋律融于一个公式之中。

路径积分对现代物理影响深远，但围绕其基本假设开展的直接实验研究一直十分有限。要直接检验费曼提出的两条基本假设，需要精确获得大量可能路径的概率幅及其相位，而微小的测量误差会在路径重构过程中不断累积。研究团队在前期传播子测量工作的基础上，进一步提高了实验的灵敏度、精确度和稳定性，将测量保真度由87.6%提升至98.5%，从而实现了对大量经典与非经典路径完整概率幅信息的高精度重构。团队在离散时空区域内重构了141万余条允许路径的完整复概率幅，包括每条路径的模长和相位。实验结果显示，将实测路径概率幅进行相干叠加后得到的量子概率分布，与独立测得的光子末态分布高度吻合，并明显区别于不考虑干涉的经典概率相加结果，从而直接检验了第一条假设。进一步分析表明，在实验精度范围内，各条路径的概率幅模长保持一致，其相位与经典作用量之间的关系符合费曼的理论预言，从而检验了第二条假设。两项检验与理论预期的保真度分别达到94.9%和94.7%。

这项研究填补了路径积分基本假设与直接实验检验之间长期存在的空白，也为将更多路径积分模型和量子现象由理论研究推进到实验探索提供了新的方法。该成果受到国际知名科学杂志《New Scientist》的关注。该刊于2026年8月28日以“Richard Feynman’s 80-year-old quantum postulate has now been validated”为题刊发报道，称费曼近80年前提出、长期构成现代物理重要基础的路径积分基本假设首次得到直接实验检验。

该工作由我院冷原子研究团队与量子物质研究院合作完成，我院青年英才温永立、博士后田礼漫为论文共同第一作者，王恩科教授、颜辉教授和朱诗亮教授为共同通讯作者，研究团队青年教师王云飞、张善超、李畅、李建锋也对工作做出重要贡献。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、量子科学与技术国家科技重大专项、广东省科技计划、广东省量子科学战略专项、广东省基础与应用基础研究基金等经费支持。

论文连接：https://url.scnu.edu.cn/record/view/index.html?key=783df3e84a72528357a7d91ef1d8d8fc

《New Scientist》报道链接：https://url.scnu.edu.cn/record/view/index.html?key=7289aa429260c35c44c2adbb9b048fac