2026年2月13日——量子物理的脆弱性和相关定律通常使得量子系统的表征过程极为耗时。更关键的是，当对量子系统进行测量时，系统本身会在测量过程中被破坏。维也纳大学研究团队近期取得突破性进展，开发出一种新型量子态认证方法，能实时高效验证纠缠量子态而无需破坏所有可用量子态——这是发展强健量子计算机和量子网络的决定性进步。该工作在菲利普·瓦尔特纳教授领导的物理学院及维也纳量子科学与技术中心(VCQ)实验室完成，成果发表于《科学进展》期刊。

纠缠量子态是众多新型量子技术的基础构件，从超安全通信到强大量子计算莫不如是。但在使用这些脆弱态之前，必须对其质量和完整性进行严格验证。

传统验证方法（如量子态层析成像）资源消耗巨大。这是因为验证量子态需要对被研究量子系统的多个“副本”进行大量独立测量，再将结果综合验证。对副本数量的需求呈指数级增长：系统规模越大，所需副本数量就越多。标准技术会测量每个量子态副本，而每次测量都会破坏量子态，导致最终没有量子态可用于实际应用。

光开关实现可靠采样

为突破这些限制，该团队开发出仅对生成量子态子集采样的新协议。研究主要作者之一、维也纳大学的李·罗泽玛解释道：“该协议实际应用的关键在于使用主动光学开关。这些开关能随机将单个量子态导向验证端（用于认证）或用户端（用于实际量子任务）。”

这些主动光学开关被用于从量子源中精确随机捕获量子态。若能确保采样随机性，验证端就能通过统计方法认证用户端未测量的量子态。这项技术的关键在于使用能与光子生成速度同步且不改变量子态的高质量光开关。在此过程中，仅被测样本会被破坏，而用户端未测量量子态的质量则以非破坏方式实时认证，并释放用于后续量子操作。

新协议还颠覆了“量子源生成的所有态必须完全相同”的传统假设，使其对现实场景更具适应性。此外，该协议为设备无关认证开辟了道路——即使测量设备不可信（如被潜在攻击者控制），认证结果依然有效。

面向未来量子网络

共同第一作者迈克尔·安特斯伯格表示：“我们的实验装置实时实现了这套先进认证协议，这是迈向实用化安全量子技术的关键一步。”另一位共同第一作者玛丽安娜·施密德补充：“该方法具有惊人效率，提供最佳可扩展性，并大幅降低强健认证的资源需求。”

论文通讯作者菲利普·瓦尔特纳总结道：“该工作为构建更可靠的量子通信网络和先进光子量子计算机奠定基础，这对评估未来大规模量子网络至关重要。”