近日，中国移动在高维量子技术领域取得新突破。研究团队在硅光量子芯片上成功制备高维多体纠缠态，创下该领域规模新记录，不仅完善了高维量子纠缠态的理论基础，更突破了规模化制备瓶颈，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。相关成果已发表于Nature子刊、国际顶级光学期刊《Light: Science & Applications》（2025年影响因子24.0）。
高维量子纠缠有效拓展量子信息处理能力
量子纠缠态是量子技术的核心资源，为实现超越经典物理极限提供了核心动力。长期以来，业界研究主要集中在基于二维量子系统（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。传统二维量子比特有0和1两种基本状态，而高维量子信息单元则有更多的基本状态，例如四维量子信息单元有0、1、2、3四种基本状态。
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计算线路的复杂度、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，在规模化制备方面也存在瓶颈。
理论完善与方法创新突破规模化制备瓶颈
在理论方面，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。W纠缠态与GHZ（Greenberger–Horne–Zeilinger）纠缠态是两类重要的量子纠缠形式。该定义适用于不同的量子信息单元数量和维度，为设计更大规模的高维W纠缠态提供了理论依据。
在此基础上，团队提出一套可扩展的高维量子纠缠态制备方案，通过利用单光子的高维特性和量子延迟测量理论，成功突破传统制备方法的规模限制。该方案利用光子的多种可区分状态，通过按顺序操作和测量，创新使用单个光子承载多个信息单元，既保证了量子纠缠特性，又有效降低了规模扩展的难度。
硅光芯片创造高维多体纠缠态规模新记录
为验证方案可行性，团队在一块长16毫米、宽1.5毫米的可编程硅光量子芯片上开展实验。实验利用一个光子承载两个量子信息单元，用另一个光子承载第三个信息单元，三个信息单元各有四种基本状态，共同组成“三体四维”量子系统。团队成功制备了三体四维的GHZ纠缠态和W纠缠态，保真度分别达到93.2%和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。
此次研究形成了高维量子纠缠态从理论构建到芯片制备的完整方法，为后续构建规模更大、性能更强的量子系统奠定了基础。下一步，中国移动将依托可编程实验平台，继续探索高维量子技术在量子通信、量子计算和精密测量等领域中的更多应用。
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