量子隱型傳態(tài)是一種才能在不同地點重建一個未知的量子態(tài)的技術，它是量子信息和量子技術中最重要的合同之一。量子隱型傳態(tài)可以拿來克服在量子通訊中直接傳輸量子態(tài)的距離限制，以及在量子估算中實現(xiàn)量子比特之間的遠程互相作用的困難。自2015年以來，實驗上的量子隱型傳態(tài)早已從簡單的量子態(tài)（單個自由度，低維度）發(fā)展到復雜的量子態(tài)（多個自由度，高維度），但是從原理性的演示轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應用。本文綜述了這種進展，非常是對量子隱型傳態(tài)的非精典性質(zhì)、復雜量子態(tài)的隱型傳態(tài)、光子、原子和固態(tài)系統(tǒng)中的實驗進展、以及在量子通訊和估算中的應用方面的理解，并討論了未來發(fā)展的挑戰(zhàn)和機遇。
哪些是量子隱型傳態(tài)？
量子隱型傳態(tài)是指將一個未知的量子態(tài)從一個地點（一般稱為發(fā)送者，Alice）傳輸?shù)搅硪粋€地點（一般稱為接收者，Bob），而不須要實際發(fā)送攜帶該量子態(tài)的粒子。這個過程須要兩個條件：一是Alice和Bob之間要事先共享一對糾纏粒子，二是Alice要將她對自己手中的兩個粒子進行貝爾態(tài)檢測的結果通過精典信道發(fā)送給Bob。按照Alice發(fā)送的信息，Bob可以對他手中的糾纏粒子進行適當?shù)牟僮鳎M而使其弄成與Alice手中原始粒子相同的量子態(tài)。
為何要進行復雜量子態(tài)的隱型傳態(tài)？
在實際應用中，一個單個粒子常常具有多個自由度（比如偏振光、軌道角動量、時空模式等），而且可以處于高維度或連續(xù)變量的超位置狀態(tài)。這種復雜的量子狀態(tài)可以攜帶更多的信息，但是具有更強的抗干擾能力。因而，在個別場景下，我們須要將這種復雜的量子狀態(tài)進行隱型傳態(tài)。但是，這也帶來了更大的挑戰(zhàn)：一方面，我們須要打算更復雜的糾纏資源，比如多自由度的糾纏或高維度的糾纏；另一方面，我們須要實現(xiàn)更復雜的貝爾態(tài)檢測，比如多自由度的聯(lián)合檢測或高維度的投影檢測。這種都對實驗技術提出了更高的要求。
復雜量子態(tài)隱型傳態(tài)的實驗進展有什么？
在過去的幾年中，實驗上的復雜量子態(tài)隱型傳態(tài)取得了明顯的進展。首先，多自由度的量子隱型傳態(tài)早已在光子系統(tǒng)中實現(xiàn)，比如偏振光和軌道角動量、偏振和時空模式、偏振和頻度等。這種實驗表明，多自由度的量子隱型傳態(tài)可以增強信息傳輸?shù)男剩铱梢阅脕頊y試量子熱學的基本原理，比如不確定性關系。其次，高維度的量子隱型傳態(tài)也早已在光子系統(tǒng)中實現(xiàn)，比如四維、八維、十六維等。這種實驗表明，高維度的量子隱型傳態(tài)可以增強信息傳輸?shù)陌踩裕铱梢阅脕頊y試量子熱學的非局域性。最后，連續(xù)變量的量子隱型傳態(tài)也早已在光子系統(tǒng)、原子系統(tǒng)中實現(xiàn)，比如光子的位置和動量、原子的載流子和動量等。這種實驗表明，連續(xù)變量的量子隱型傳態(tài)可以增強信息傳輸?shù)娜蒎e性，而且可以拿來測試量子熱學的相干性。
量子隱型傳態(tài)在量子通訊中的應用有什么？
量子隱型傳態(tài)是量子通訊技術的核心組成部份，它可以拿來實現(xiàn)遠距離的量子信息傳輸。在光纖通道中，早已實現(xiàn)了超過100公里的量子隱型傳態(tài)；在自由空間通道中，借助衛(wèi)星和地面之間的糾纏分發(fā)，早已實現(xiàn)了超過1400公里的量子隱型傳態(tài)。這種實驗為建立全球范圍的量子互聯(lián)網(wǎng)奠定了基礎。再者，量子隱型傳態(tài)還可以拿來實現(xiàn)超密編碼和密集編碼等高效率的信息編碼合同，以及基于測不準關系的安全秘鑰分發(fā)等。
量子隱型傳態(tài)在量子估算中的應用有什么？
量子隱型傳態(tài)可以拿來實現(xiàn)分布式量子估算中的關鍵操作，即在空間分離的量子比特之間構建邏輯聯(lián)接。這些操作稱為門隱型傳態(tài)，它可以將一個本地的門操作分布到兩個遠程的粒子上，進而實現(xiàn)遠程控制或遠程交換等功能。門隱型傳態(tài)可以拿來建立分布式量子網(wǎng)路中的節(jié)點間鏈接量子隱態(tài)傳輸，進而實現(xiàn)大規(guī)模的量子估算任務。門隱型傳態(tài)還可以拿來實現(xiàn)容錯性更強的拓撲編碼等。
未來的發(fā)展方向和挑戰(zhàn)有什么？
雖然量子隱型傳態(tài)早已取得了好多重要的進展，但依然存在一些挑戰(zhàn)和機遇。一方面，我們須要提升糾纏資源的質(zhì)量和數(shù)目，以及貝爾態(tài)檢測的效率和精度，進而提升量子隱型傳態(tài)的保真度和成功幾率。另一方面，我們須要探求更多類型和維度的復雜量子態(tài)的隱型傳態(tài)量子隱態(tài)傳輸，以及更多領域和平臺（比如固態(tài)系統(tǒng)、超導系統(tǒng)、原子系統(tǒng)等）的隱型傳態(tài)，以及更多與量子估算、量子通訊、量子檢測等相關的應用。我們期盼著量子隱型傳態(tài)在未來能否為量子信息科學和技術帶來更多的突破和創(chuàng)新。
