2025年1月，北京玻色量子科技有限公司（以下简称“玻色量子”）联合中国科学技术大学研究团队等多家技术团队发现了适合研究单体高维量子系统的可扩展光学体系，成功观测到最强的逻辑形式量子关联。

该成果于1月29日，也就是中国的蛇年新春大年初一在国际知名期刊Science Advances（科学·进展）上成功发表，论文题为《Exploring the boundary of quantum correlations with a time-domain optical processor（基于时域光处理器探索量子关联的边界）》。随后，国际知名科技新闻杂志New Scientist（新科学人）也在网站上以专栏封面的形式报道了本项成果。

玻色量子创始人&CEO文凯博士、CTO魏海博士等联合中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋教授、许金时教授研究组和数学科学学院马杰教授等人，安徽大学许振朋教授，南开大学陈景灵教授等组成了研究团队（以下简称“联合研究团队”），中国科学院量子信息重点实验室已毕业的博士研究生刘正昊、孟雨和数学科学学院的博士研究生吴雨泽为论文共同第一作者。

图1：光的37维量子态可助于检验量子悖论，图片来源：Alamy

联合研究团队创造了同时有效地存在于37个维度中的光量子，这个极端版本的量子态更加便于他们测试量子悖论。以此验证了迄今最简（仅需三组上下文测量）格林伯格-霍恩-泽林格（GHZ）量子悖论，揭示了量子非经典性的深层边界。这一突破不仅刷新了量子关联强度的理论极限，更为光量子计算与高维量子模拟开辟了新路径，无疑是中国团队在量子物理的基础理论和实验验证上的双重里程碑式突破。

“这个实验表明，量子物理比我们许多人想象的更加背离经典物理。在量子力学经过了一百年的研究以后，我们仍然可能只是看到了冰山一角。”刘正昊在接受New Scientist采访中表示。

图2：New Scientist网站相关报道

量子力学允许出现超越经典物理学的关联，其中一些逻辑形式的量子关联能够更明确地展示与经典关联的不同，吸引了广泛的关注。通过数学证明与实验表明：若在理论上排除了非定域性的量子纠缠——也就是爱因斯坦所说的所谓“鬼魅般的超距作用”，限制量子之间仅能在近距离相互作用，将导致数学上的矛盾——例如计算结果会得出1=-1的荒谬结论。

早在1989年，物理学家就已经意识到唯有接受量子的非定域性才能化解此类矛盾。格林伯格、霍恩和蔡林格（2022年诺贝尔物理学奖获得者）首次预言了态依赖的逻辑形式量子关联，揭示了量子力学和经典物理学在实验中四个条件概率组合（四组上下文测量）的预言上将出现确定性的矛盾，即著名的GHZ悖论。

逻辑形式量子关联的强度与所使用的条件概率组合的数量有关，条件概率组合数越少，量子关联就越强。自GHZ三人结果发表36年以来，一直未能获得比四组上下文更强的逻辑形式量子关联。

而联合研究团队致力于将这一悖论的拓展到极致：寻找与经典粒子行为差异最大的光量子态。为了解决这一问题，研究团队发展了适用于逻辑形式关联的图论方法，通过搜索图论常数，在37维空间中发现了仅使用三个条件概率组合的量子关联，如下图所示。进一步的理论研究表明，条件概率组合的数量已无法进一步减少，证明了该结果（三组上下文）就是逻辑形式量子关联的极限。

图3：包含三个条件概率组合的GHZ型悖论中互斥事件的图表示

通俗来说，光子需处于相当于37维空间的复杂量子态。如同现实世界需用三维空间加一维时间定位物体，每个光子的状态需用37个维度参数描述。研究人员通过制备同时存在于37维空间的光量子，验证了GHZ量子悖论的最强极端形式。在该悖论的最简形式中，三个粒子通过量子纠缠形成特殊联结，观测者可通过其中两个粒子的状态推断第三个粒子的信息。

为了观察到高维空间中的量子关联，联合研究团队设计了一个基于直和空间编码和时间维度复用的可扩展光学体系，可以将高维空间中的制备-测量实验分解为多个低维空间中的实验。玻色量子的文凯博士、魏海博士提供了实验的指导和支撑。

图4：本次研究的实验装置

联合研究团队通过将高维GHZ悖论转化为一系列相干光脉冲（颜色与波长高度均匀的光）进行实验验证。刘正昊解释道：“光脉冲编码的量子态及其测量遵循量子物理的数学框架，因此能产生最强的非经典效应。”这类“量子模拟”对设备稳定性与校准精度要求极高。

联合研究团队在该体系中以超过8个标准差的置信度，观测到了高维空间下逻辑形式量子关联，如下图所示。该研究将为寻找更强的其它形式量子关联提供重要线索，同时实验中所观测到的量子关联将在量子计算和量子通信领域发挥重要作用。

图5：实验结果及相应的非互文隐变量模型(NCHV)理论预言结果

德国锡根大学的Otfried Gühne评价："这项成果具有不朽的价值，其意义或将延续百年。"他指出，该工作不仅探索了量子基础科学的边界，更为光量子态在量子计算等领域的应用提供新思路。

这项成果标志着我国在量子高维操控领域已跻身国际第一梯队。本次研究也是中国的量子科研团队以“最简GHZ量子悖论”为支点进行的梦幻联动：不仅撬动了量子基础理论的认知边界，更展现了从量子理论创新到实验验证的全链条技术实力。

未来，随着对光量子基础科学研究和工程技术化的持续推进，玻色量子也将进一步开放科研合作体系，不仅在实用化量子计算落地上联动更多合作伙伴，还将在量子物理的基础理论研究与实验验证上与更多的科研团队合作，在全球舞台书写更多属于中国的“极限突破”的篇章。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abd8080#con1

New Scientist报道链接：

https://www.newscientist.com/article/2466110-experiment-with-37-dimensions-shows-how-strange-quantum-physics-can-be/

 

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2025年1月，北京玻色量子科技有限公司（以下简称“玻色量子”）联合中国科学技术大学研究团队等多家技术团队发现了适合研究单体高维量子系统的可扩展光学体系，成功观测到最强的逻辑形式量子关联。

该成果于1月29日，也就是中国的蛇年新春大年初一在国际知名期刊Science Advances（科学·进展）上成功发表，论文题为《Exploring the boundary of quantum correlations with a time-domain optical processor（基于时域光处理器探索量子关联的边界）》。随后，国际知名科技新闻杂志New Scientist（新科学人）也在网站上以专栏封面的形式报道了本项成果。

玻色量子创始人&CEO文凯博士、CTO魏海博士等联合中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋教授、许金时教授研究组和数学科学学院马杰教授等人，安徽大学许振朋教授，南开大学陈景灵教授等组成了研究团队（以下简称“联合研究团队”），中国科学院量子信息重点实验室已毕业的博士研究生刘正昊、孟雨和数学科学学院的博士研究生吴雨泽为论文共同第一作者。

图1：光的37维量子态可助于检验量子悖论，图片来源：Alamy

联合研究团队创造了同时有效地存在于37个维度中的光量子，这个极端版本的量子态更加便于他们测试量子悖论。以此验证了迄今最简（仅需三组上下文测量）格林伯格-霍恩-泽林格（GHZ）量子悖论，揭示了量子非经典性的深层边界。这一突破不仅刷新了量子关联强度的理论极限，更为光量子计算与高维量子模拟开辟了新路径，无疑是中国团队在量子物理的基础理论和实验验证上的双重里程碑式突破。

“这个实验表明，量子物理比我们许多人想象的更加背离经典物理。在量子力学经过了一百年的研究以后，我们仍然可能只是看到了冰山一角。”刘正昊在接受New Scientist采访中表示。

图2：New Scientist网站相关报道

量子力学允许出现超越经典物理学的关联，其中一些逻辑形式的量子关联能够更明确地展示与经典关联的不同，吸引了广泛的关注。通过数学证明与实验表明：若在理论上排除了非定域性的量子纠缠——也就是爱因斯坦所说的所谓“鬼魅般的超距作用”，限制量子之间仅能在近距离相互作用，将导致数学上的矛盾——例如计算结果会得出1=-1的荒谬结论。

早在1989年，物理学家就已经意识到唯有接受量子的非定域性才能化解此类矛盾。格林伯格、霍恩和蔡林格（2022年诺贝尔物理学奖获得者）首次预言了态依赖的逻辑形式量子关联，揭示了量子力学和经典物理学在实验中四个条件概率组合（四组上下文测量）的预言上将出现确定性的矛盾，即著名的GHZ悖论。

逻辑形式量子关联的强度与所使用的条件概率组合的数量有关，条件概率组合数越少，量子关联就越强。自GHZ三人结果发表36年以来，一直未能获得比四组上下文更强的逻辑形式量子关联。

而联合研究团队致力于将这一悖论的拓展到极致：寻找与经典粒子行为差异最大的光量子态。为了解决这一问题，研究团队发展了适用于逻辑形式关联的图论方法，通过搜索图论常数，在37维空间中发现了仅使用三个条件概率组合的量子关联，如下图所示。进一步的理论研究表明，条件概率组合的数量已无法进一步减少，证明了该结果（三组上下文）就是逻辑形式量子关联的极限。

图3：包含三个条件概率组合的GHZ型悖论中互斥事件的图表示

通俗来说，光子需处于相当于37维空间的复杂量子态。如同现实世界需用三维空间加一维时间定位物体，每个光子的状态需用37个维度参数描述。研究人员通过制备同时存在于37维空间的光量子，验证了GHZ量子悖论的最强极端形式。在该悖论的最简形式中，三个粒子通过量子纠缠形成特殊联结，观测者可通过其中两个粒子的状态推断第三个粒子的信息。

为了观察到高维空间中的量子关联，联合研究团队设计了一个基于直和空间编码和时间维度复用的可扩展光学体系，可以将高维空间中的制备-测量实验分解为多个低维空间中的实验。玻色量子的文凯博士、魏海博士提供了实验的指导和支撑。

图4：本次研究的实验装置

联合研究团队通过将高维GHZ悖论转化为一系列相干光脉冲（颜色与波长高度均匀的光）进行实验验证。刘正昊解释道：“光脉冲编码的量子态及其测量遵循量子物理的数学框架，因此能产生最强的非经典效应。”这类“量子模拟”对设备稳定性与校准精度要求极高。

联合研究团队在该体系中以超过8个标准差的置信度，观测到了高维空间下逻辑形式量子关联，如下图所示。该研究将为寻找更强的其它形式量子关联提供重要线索，同时实验中所观测到的量子关联将在量子计算和量子通信领域发挥重要作用。

图5：实验结果及相应的非互文隐变量模型(NCHV)理论预言结果

德国锡根大学的Otfried Gühne评价："这项成果具有不朽的价值，其意义或将延续百年。"他指出，该工作不仅探索了量子基础科学的边界，更为光量子态在量子计算等领域的应用提供新思路。

这项成果标志着我国在量子高维操控领域已跻身国际第一梯队。本次研究也是中国的量子科研团队以“最简GHZ量子悖论”为支点进行的梦幻联动：不仅撬动了量子基础理论的认知边界，更展现了从量子理论创新到实验验证的全链条技术实力。

未来，随着对光量子基础科学研究和工程技术化的持续推进，玻色量子也将进一步开放科研合作体系，不仅在实用化量子计算落地上联动更多合作伙伴，还将在量子物理的基础理论研究与实验验证上与更多的科研团队合作，在全球舞台书写更多属于中国的“极限突破”的篇章。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abd8080#con1

New Scientist报道链接：

https://www.newscientist.com/article/2466110-experiment-with-37-dimensions-shows-how-strange-quantum-physics-can-be/

 

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