三光子非对称最大纠缠态的实验实现及其在量子隐形传态中的应用

量子纠缠是量子信息处理的基本资源，广泛应用于量子通信、量子计算和量子计量学。早期关于量子纠缠的研究主要集中在量子比特态上，但近年来，越来越多的研究开始关注高维纠缠态。与量子比特纠缠态相比，高维纠缠态具有更大的信息容量，并有望实现更复杂的量子应用。在本文中，我们实验制备了一种特殊的高维纠缠态，即所谓的三光子非对称最大纠缠态，它由两个二维光子和一个四维光子组成。利用该非对称最大纠缠态作为资源，我们还实现了一个原理验证性的量子隐形传态实验，实现了量子信息从两个量子比特到一个四维量子系统（ququart）的传输。量子隐形传态的保真度在0.79到0.86之间，均远高于最优单拷贝ququart态估计极限2/5和最大qutrit-ququart重叠3/4，从而确认了真正的非经典四维隐形传态。此处实现的非对称纠缠态有望在未来量子网络中用作量子接口，通过本文所演示的量子隐形传态协议实现不同维度量子对象之间的量子信息传输。