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线性光学量子计算（LOQC）为可扩展的量子信息处理提供了极具前景的平台，但其可扩展性本质上受限于非局域纠缠门的概率性特性。量子比特-量子态（qudit）电路压缩方案通过将多个量子比特编码到量子态上缓解了这一问题。然而，当仅需部分编码量子比特参与非局域纠缠门操作时，这些方案会因非局域门数量呈指数级增长而失效。本研究中，该团队通过实验验证了LOQC中多空间模式编码量子态的多级控制-Z（CZ）门存在性，成功突破了这一瓶颈。与传统仅作用于单对模式的两级CZ门不同，多级CZ门可对任意选定空间模式子集施加条件相位偏移。研究人员提出了两种实现此类操作的显式线性光学方案，揭示了输入量子态先验信息与所需物理资源之间的基本权衡关系：第一种方案利用单次非局域纠缠门，以状态依赖性为代价，实现了与量子态维度无关的恒定成功概率1/8，显著优于当前1/9的水平；第二种方案实现了完全状态无关的操作，将非局域门数量从现有界限𝒪(2^{r1+r2})降至𝒪(2^{r1}+2^{r2})（其中r1、r2分别为量子态中需移除的受控量子比特数），其成功概率为1/2×(1/8)^{2r1+2r2}。当与量子态电路压缩方案结合时，该研究成果突破了关键的可扩展性限制，显著提升了LOQC架构的效率。