高维纠缠态的大规模并行符合计数

光的量子纠缠态对量子技术和物理学基础检验至关重要。虽然量子信息科学一直依赖二维自由度纠缠系统（例如具有偏振态的量子比特），但该领域正朝着更高纠缠维度发展。增加维度可提升量子通信协议的信道容量与安全性，带来量子计算的指数级加速，并且是量子成像的必要条件。然而，即便是高维纠缠的双粒子量子态的表征，也仍然是一项耗时过长的挑战，因为联合希尔伯特空间的维度随模式数量呈二次方增长。在此，我们发展并通过实验展示了一种新的、更完备的CCD相机探测理论，用于快速测量高维量子态的完整联合概率分布。该理论涵盖从低光子计数到探测器饱和的强度范围，而像素阵列固有的大规模并行化使测量随维度增加而具有有利的标度关系。结果精确地解释了部分探测和电子噪声，解决了尽管存在共线空间纠缠却忽略单像素内双光子探测的悖论，并揭示了可供探索的完整希尔伯特空间。例如，使用百万像素阵列可测量维度高达10^12的联合希尔伯特空间，比传统方法加速近四个数量级。我们以光子对演示了该方法，但它可轻易推广到任意数量的纠缠光子。该技术采用标准几何结构与现有技术，从而消除了量子成像实验的进入壁垒，并打开了此前无法触及的高维量子光学领域。