中國科學技術學院潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等和法國維也納學院塞林格小組合作，在國際上首次成功實現(xiàn)高維度量子體系的隱型傳態(tài)。這是自1997年實現(xiàn)二維量子隱型傳態(tài)實驗以來，科學家第一次在理論和實驗上把量子隱型傳態(tài)擴充到任意維度，為復雜量子系統(tǒng)的完整態(tài)傳輸以及發(fā)展高效量子網(wǎng)路奠定了堅實的科學基礎。論文以編輯推薦的方式于8月15日發(fā)表在國際權威學術刊物《物理評論快報》上。
通過對光子、原子等微觀粒子的精確主動操縱，量子信息以一種改革性的方法對信息進行編碼、儲存和傳輸，在信息安全與估算速率等方面可突破精典信息技術的困局。量子通訊是目前惟一被證明無條件安全的通信形式，可以有效解決信息安全傳輸問題。量子估算因為其超快的并行估算能力量子隱態(tài)傳輸，有望為密碼剖析、大數(shù)據(jù)處理和材料設計等大規(guī)模估算困局提供解決方案。量子隱型傳態(tài)就能利用量子糾纏將未知的量子態(tài)傳輸?shù)竭b遠地點，而不用傳送物質本身，是遠距離量子通訊和分布式量子估算的核心功能單元。
在此之前，所有的量子隱型傳態(tài)實驗都局限于量子態(tài)的二維子空間。高維量子態(tài)的隱型傳態(tài)作為完整傳輸一個量子系統(tǒng)的最后一個待解決挑戰(zhàn)，因為其可行性理論方案和實驗技術上的雙重困難，仍然懸而未決。對于高維體系，因為其以維度的平方項增多的貝爾態(tài)數(shù)目和急劇降低的復雜糾纏特點，必須發(fā)展出一套全新的可行理論方案。在實驗技術上，高維貝爾態(tài)檢測須要等效地實現(xiàn)獨立光子的高維量子態(tài)之間的控制邏輯門，這也是量子信息技術的“無人區(qū)”。
解決這個關鍵問題須要理論和實驗的同步創(chuàng)新。2014年，潘建偉、陸朝陽等完成多自由度量子隱型傳態(tài)實驗后，旋即投入了對高維度課題的勤于研究。在理論上，該團隊首次提出了光子體系中可擴充至任意維度的貝爾態(tài)檢測和量子隱型傳態(tài)方案；在實驗上，該團隊引入一個額外輔助光子，發(fā)展了高穩(wěn)定性多通道路徑干涉技術，開創(chuàng)了多光子多維度互相作用的實驗先河，在此基礎上實現(xiàn)了高維度量子隱型傳態(tài)。實驗測試了三維量子態(tài)的全部12個無偏基矢，檢測了高維量子隱型傳態(tài)保真度為75%，以25個統(tǒng)計標準誤差超出了精典界限量子隱態(tài)傳輸，嚴格證明了該過程的非精典性以及高維特點。
審稿人強調，高維量子隱型傳態(tài)是量子通訊領域的一個常年存在的挑戰(zhàn)，解決這個挑戰(zhàn)將開啟量子熱學基礎檢驗和量子技術的興奮人心的新應用，這是一個十分英雄式的努力，這顯著是量子通訊領域的一個里程碑。
該研究得到了國家自然科學基金委、中科院、科技部、教育部、安徽省等的支持。（記者常河）
