近期，中国移动研究院在高维量子技术领域取得重要进展，完善了高维量子纠缠态的理论基础，突破了高维量子纠缠态的规模化制备瓶颈，创造了高维多体纠缠态的规模最高记录，为拓展高维量子技术在量子通信、量子计算和量子精密测量等领域的应用奠定了基础。
量子纠缠态是量子技术的核心资源，为量子通信、量子计算、量子精密测量等技术能够超越经典物理极限提供了核心动力。长期以来，业界的研究主要集中在如何基于二维量子系统（即“量子比特”）实现纠缠态制备，而现实世界中的量子过程常常涉及更高维度。与二维量子纠缠态相比，高维量子纠缠态具有独特的优势。
首先，高维量子纠缠态具有更高的信道容量，能承载更多的信息；其次，高维量子纠缠态有更强的抗噪声能力，可有效提升量子信息传输的稳定性和准确性；再次，高维量子纠缠态可有效简化量子线路的复杂度、提升量子计算的效率。然而，当前高维量子纠缠态的研究不仅在理论方面还有待完善，而且在规模化制备方面存在瓶颈。
针对上述问题，中国移动研究院研究团队首次提出高维W纠缠态的普适定义，进一步完善了高维量子纠缠态的理论基础，同时创新设计了一套可扩展的高维量子纠缠态制备方案。通过利用量子延迟测量理论和单光子的高维特性，突破了传统制备方法的规模限制。
基于该方案，研究人员在可编程硅光量子芯片上成功制备了3体4维的GHZ（Greenberger-Horne-Zeilinger）纠缠态和W纠缠态，其中GHZ态的保真度达到93.2%，W态的保真度达到90.1%，创造了高维多体纠缠态的规模最高记录，未来还可高效扩展至更大规模。
该成果为高维量子技术发展提供了新的思路和技术路径，为未来构建规模更大、性能更强的量子系统提供了重要支撑，为拓展高维量子技术在量子通信、量子计算和量子精密测量等领域的应用奠定了基础。相关研究论文《Qudit W and Greenberger-Horne-Zeilinger States on a Two-photon Chip》近日发表于Nature子刊、国际顶级光学期刊《Light: Science & Applications》（影响因子24.0）。
英国萨里大学讲席教授艾伦・伍德沃德评价道：“研究人员刚刚解决了一个悬置多年的难题……真正在光子芯片上实现了它，保真度超过 90%!我们正生活在一个有趣的时代"（Researchers just solved a years-old puzzle……actually built it on a photonic chip, with fidelity >90%! We live in interesting times）。
内容来源：中国移动研究院
