移动通信网 林知远
通信产业网讯，中国移动研究团队近日在高维量子技术领域取得突破性进展：在尺寸仅16毫米×1.5毫米的可编程硅光量子芯片上，成功制备出“三体四维”高维多体纠缠态，其中GHZ纠缠态保真度达93.2%，W纠缠态保真度达90.1%，创造了高维多体纠缠态规模制备的最高纪录。相关成果已发表于Nature子刊、国际顶级光学期刊《Light: Science & Applications》，该刊2025年影响因子达24.0。长期以来，量子纠缠研究主要围绕二维量子系统（量子比特）展开，而高维量子系统因信道容量大、抗噪能力强、可简化量子计算线路等优势，被视为量子信息处理能力扩展的关键方向。此次成果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，为量子通信、量子计算和量子精密测量等领域的应用提供了新的技术路径。
【关键数据】
[1] GHZ纠缠态保真度93.2%
[2] W纠缠态保真度90.1%
[3] 硅光量子芯片尺寸16毫米×1.5毫米
[4] 《Light: Science & Applications》2025年影响因子24.0
[5] 三体四维量子系统（三个信息单元各具四种基本状态）
此次突破的核心在于理论方法与芯片工艺的双重创新。传统二维量子比特仅有0和1两种基本状态，而四维量子信息单元具有0、1、2、3四种基本状态，信息承载密度呈指数级提升。在理论层面，团队首次提出高维W纠缠态的普适定义，该定义适用于不同数量的量子信息单元和不同维度，为设计更大规模高维W纠缠态提供了统一理论框架——此前W纠缠态与GHZ纠缠态虽为两类重要的量子纠缠形式，但高维W态缺乏严格的普适性定义。在制备方法上，团队利用单光子的高维特性和量子延迟测量理论，通过按顺序操作和测量，创新性地用单个光子承载多个信息单元：实验中一个光子承载两个量子信息单元，另一个光子承载第三个信息单元，三个信息单元各具四种基本状态，共同构成“三体四维”量子系统。这一方案既保证了量子纠缠特性，又将规模扩展难度有效降低，突破了传统制备方法的规模限制。
从全球竞争格局看，高维量子纠缠制备是当前量子科技竞逐的前沿赛道。国际上多个顶尖团队曾在光子、离子阱等平台尝试高维纠缠态制备，但普遍受限于纠缠粒子数与维度难以兼得——此前高维纠缠实验多停留在二维或低维多体层面，三体四维量级的芯片化制备此前尚无公开报道。中国移动此次在硅光平台上同时实现三体四维GHZ态与W态，且保真度分别达到93.2%和90.1%，在规模与质量两个维度同时刷新纪录。选择硅光路线具有明确的工程考量：硅光工艺与现有CMOS半导体产线兼容，具备低成本、高集成度、可规模化量产的优势，16毫米×1.5毫米的芯片尺寸也表明其具备向多芯片级联扩展的物理基础。相比之下，超导、离子阱等路线虽在量子计算领域进展迅速，但在光量子通信和高维纠缠制备方面，硅光的相位稳定性与可编程性更具优势。成果登上影响因子24.0的《Light: Science & Applications》，也从学术层面印证了该工作的国际领先性。
硅光量子芯片的产业链带动效应正在显现。上游方面，硅光芯片制造依托绝缘体上硅（SOI）晶圆与标准CMOS工艺，国内中芯国际等代工厂已具备硅光流片能力，此次实验所用可编程硅光芯片的毫米级尺寸意味着单晶圆可切割数百颗芯片，边际成本随规模扩大持续下降。中游环节，可编程硅光平台需要高精度热调移相器、低损耗波导（典型损耗需控制在每厘米0.1至1分贝量级）和高效率单光子探测器配合，直接拉动国内光子集成器件供应商的技术升级。下游方面，高维纠缠态作为量子技术的核心资源，可用于提升量子密钥分发（QKD）的单光子信息容量——四维编码相比二维编码可将信道容量提升约一倍，同时显著增强抗噪能力，降低量子通信对信道质量的苛刻要求。中国移动运营着全球规模最大的光通信网络，量子加密通信业务已在多个省份试点，高维纠缠技术的芯片化落地为其“经典+量子”融合组网提供了核心器件储备。
在商业化进展方面，中国移动量子科技布局已形成从基础研究到试点应用的链条。公司此前已参与“京沪干线”等国家量子通信骨干网相关工程，并在金融、政务领域开展量子加密专线服务；此次高维纠缠芯片成果从理论构建到芯片制备形成完整方法体系，为后续构建规模更大、性能更强的量子系统奠定基础。应用场景上，高维量子纠缠可直接赋能三类业务：一是量子通信，利用高维编码提升密钥分发速率与传输距离，适配城域量子组网需求；二是量子计算，高维纠缠可简化量子线路复杂度、提升运算效率，为分布式量子计算提供纠缠资源；三是量子精密测量，多体高维纠缠可突破标准量子极限，应用于时间基准同步和分布式传感。中国移动方面表示，下一步将依托可编程实验平台，继续探索高维量子技术在上述领域的应用，推动实验成果向现网试点转化。
行业动向层面，量子科技已成为大国科技竞争的战略高地。国内量子信息科学首批列入“十四五”重点前沿领域，中国信通院数据显示，全球量子产业规模预计在2030年前后达到千亿美元量级，其中量子通信与量子精密测量是中短期商业化确定性较高的赛道。运营商阵营中，中国移动、中国电信、中国联通均已成立量子科技专业机构——中国电信控股的中电信量子集团已推出量子密话等产品，中国移动则选择了从核心器件与基础研究切入的差异化路径。此次高维多体纠缠态成果表明，运营商的研发边界已从网络运营延伸至量子基础物理与芯片级创新。可编程硅光平台具备向更大规模扩展的能力，未来三体四维系统可级联至更多体、更高维度的纠缠网络，直接对应量子中继、量子云计算等下一代基础设施的刚需。量子技术从实验室走向现网的周期正在缩短，掌握核心纠缠资源制备能力的企业，将在下一代信息基础设施竞争中占据主动权。
