通信世界网消息（CWW）如果说传统量子比特是一枚只有正反两面的硬币，那么四维量子单元就是一枚四面骰子，组合状态更多，信息容量和处理空间更大。
近期，中国移动研究院将三枚“四面骰子”“纠缠”在一块长16毫米、宽1.5毫米的硅光芯片上，制备出“三体四维”GHZ纠缠态和W纠缠态，保真度分别达到93.2%和90.1%，创下高维多体纠缠态的规模新纪录。
“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。”英国萨里大学讲席教授艾伦·伍德沃德评价道。
从“硬币”到“骰子”：量子技术为何升维
中国移动研究院的创新之举为何获得国际专家的高度评价？回答这一问题首先需要回归量子纠缠态和高维量子本身。
量子纠缠态是量子技术的核心资源，为超越经典物理极限提供关键动力。长期以来，业界研究主要集中在二维量子系统（即“量子比特”），而现实世界中很多量子计算机和量子信息处理系统常常涉及更高维度。
中国移动研究院未来研究院研究员池昱霖以形象的比喻说明了二维与高维的区别：“传统量子比特就像一枚硬币，只有0和1两种基本状态；而高维量子单元拥有多种状态，例如四维量子单元拥有0、1、2、3四种基本状态，一个单元容纳的信息量是量子比特的两倍。”
由于容纳信息量的增多，与二维量子纠缠态相比，高维量子纠缠态显现出三大独特优势：一是更高的信道容量，能承载更多信息；二是更强的抗噪声能力，可有效提升量子信息传输的稳定性和准确性；三是简化量子计算线路复杂度、提升量子计算效率。
基于此，中国移动研究院首次提出高维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。
制备方案搭桥：从理论到落地的闭环
当前高维量子纠缠态的研究不仅在理论方面有待完善，在规模化制备方面也存在瓶颈。这正是中国移动研究院此次突破的起点。
“我们虽然知道一道菜的色香味，但是这与拿到一份能落地的菜谱并真正炒出来完全是两回事。”池昱霖再次以形象的比喻说明制备方案的重要性，“制备方案就是一份可操作的‘工程实现路径’——从理论上知道量子态‘长什么样’，到实际用物理平台一步步把它造出来，中间隔着完整的方案设计。”
面对规模化制备瓶颈，中国移动研究院创新设计了一套可扩展的高维量子纠缠态制备方案。利用单光子的高维特性和量子延迟测量理论，突破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“三体四维”的GHZ纠缠态和W纠缠态。
此处的“三体四维”，是指将三个前述四维单元纠缠在一起，使得整个系统有64种组合状态，信息容量和处理空间比单个四维增长很多。
在实际测试中，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新纪录，未来还可高效扩展至更大规模。
三道卡点：理论定义、线路设计、物理实现
从理论创新到实践落地的转化往往并非一路坦途，池昱霖表示，中国移动研究院在研究高维量子纠缠态制备方案时也面临着三道关卡。
首先是理论定义关。纠缠态包括Bell态、GHZ态、Cluster态、W态等，业界对于前三者的高维推广都很直接，唯独W态的高维推广“不显然”。W态是“总量守恒”式纠缠，丢掉任何一个粒子后，剩下两个之间仍能保持纠缠，其普适定义应具有维度越高、抗丢失能力越强的特性，重要性不言而喻。中国移动研究院首次提出用高维的“总量守恒”来普适定义高维W态，将4个能级全部用上，并证明其带来更强的抗丢失鲁棒性。
其次是线路设计关。传统方案资源随粒子数指数增长，本方案实现了硬件资源随规模“线性”增长，而不是每增加一个粒子资源需要翻几番。此外，该方案中芯片是可编程的——不是只能做一种态的固定器件，而是可以按需切换产生GHZ、W、Cluster等不同纠缠态。
最后是物理实现关。传统线性光学方法有天花板——若不借助辅助光子，那么三维以上的三光子GHZ态，以及三维以上的贝尔测量均无法实现。中国移动研究院另辟蹊径，用一个光子同时承载两个四维量子单元（相当于一个演员分饰两个角色），用另一个光子承载第三个单元，共同组成“三体四维”量子系统。
成功克服上述三重关卡，中国移动研究院的制备方案贯通了“普适定义—可扩展量子线路—突破规模限制的物理方案—芯片验证”的完整链条，在每个环节都实现了实质创新。
不止学术突破，更是产业影响
量子信息是技术创新密集的前沿领域，中国移动研究院成功攻克高维量子技术难题，为高维量子理论研究和产业发展提供了新的思路和技术路径。
在理论研究方面，中国移动研究院相关论文发表于Nature子刊、国际顶级光学期刊《Light: Science & Applications》（影响因子24.0），这是中国移动研究院在Nature子刊发表的第一篇量子领域论文，形成了从理论到芯片的完整自主方法。艾伦·伍德沃德教授评价其“解决了一个悬置多年的难题”。
在学术领域获得殊荣，离不开此次突破的三大闪光点——补齐高维理论中W纠缠态缺失的短板，为W态提供统一语言和理论依据；实现随着规模线性增长，意味着“做大”在工程上有了可行路径；芯片可编程，可按需切换产生不同纠缠态，这在高维领域属于首个。
比学术价值更重要的是，该项成果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——在量子通信领域，高维纠缠单光子承载更多信息、抗噪声更强，且工作在1550nm光通信波段、用CMOS工艺制造，与现有光通信产业链和半导体制造体系天然兼容；在量子计算领域，高维编码能简化线路、提升效率、支持更硬件友好的纠错方案；在量子精密测量领域，同样具有应用潜力。
正如艾伦·伍德沃德教授所言，我们正生活在一个有趣的时代。从理论创新到制备方案再到应用推广，高维量子技术将从学术创新走向产业实践，开启一个充满想象空间的量子技术新时代。
