2026年2月23日——维也纳理工大学与中国科研团队的合作，为新型量子计算机奠定关键基石：该团队实现的新型量子逻辑门，使光子对能在四种不同量子态或其组合状态下进行量子计算，这是光量子计算机发展的重要里程碑，开辟了全新可能性。相关成果已发表于《自然·光子学》。

量子多态位（qudit）替代量子比特（qubit）

量子计算机的基本原理很简单：经典计算机仅处理“0”和“1”两种状态，而量子物理允许这些状态的任意叠加。某种意义上，量子比特（qubit）可同时处于0和1态。这使得某些量子算法能远超经典计算机的运算速度。

但量子叠加原则上可包含两个以上状态。根据自由度不同，光子等量子系统可能具备多种潜在测量结果，此时称为“量子多态位（qudit）”。这为量子计算带来显著优势，但最终需要可控的双qudit相互作用机制。维也纳理工大学团队从理论上设计出双光子编码qudit的联合处理方案，中国团队则成功在实验室实现了该方案，创造出具有革命性应用潜力的新型量子门。

四维量子物理系统

此前光子量子计算实验多依赖双态偏振特性。从量子物理视角，光子可处于这两种状态的叠加态，如同向东北方行走时同时包含正北与正东分量。

“我们采用截然不同的光子操控方式，”维也纳理工大学原子与亚原子物理研究所的尼古拉·弗里斯解释道，“关注点不在偏振，而在于光子的空间波函数形态——其可通过不同轨道角动量呈现无限多种量子态。”

该团队开发的技术可操控两个处于任意波函数叠加态的光子，通过精密调控使初始独立的光子形成纠缠态。新型量子门还能可控解纠缠，使光子恢复独立状态。

这种纠缠量子门正是构建量子计算机、实现多输入计算的关键。在首期实验中，研究人员选择了四态系统。“这好比在东南西北之外又获得两条新坐标轴，”弗里斯比喻道，“某种意义上我们在四维空间操作，能处理这些状态的任意组合。”

可验证的操作成功率

理论实现不仅需要新协议，更要求突破现有技术精度——中国王慧田（音译）团队在这方面取得显著进展。

“我们成功构建了双光子四态组合的量子逻辑门，”弗里斯表示，“能按需制备光子纠缠态，并具备'宣告功能'——可即时确认操作是否成功。若失败则可重复尝试，这完全符合实际应用需求。”

该新方法有望提升量子信息技术在多领域的效率与稳定性。“用更少粒子承载等量量子信息，”同研究所的马库斯·胡贝尔指出，“这不仅提升效率，也增强了量子操作的可靠性。”这项研究真正为量子技术开辟了新维度。