量子隱型傳態(tài)是一種才能在不同地點(diǎn)重建一個(gè)未知的量子態(tài)的技術(shù)，它是量子信息和量子技術(shù)中最重要的合同之一。量子隱型傳態(tài)可以拿來(lái)克服在量子通訊中直接傳輸量子態(tài)的距離限制，以及在量子估算中實(shí)現(xiàn)量子比特之間的遠(yuǎn)程互相作用的困難。自2015年以來(lái)，實(shí)驗(yàn)上的量子隱型傳態(tài)早已從簡(jiǎn)單的量子態(tài)（單個(gè)自由度，低維度）發(fā)展到復(fù)雜的量子態(tài)（多個(gè)自由度，高維度），但是從原理性的演示轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用。本文綜述了這種進(jìn)展，非常是對(duì)量子隱型傳態(tài)的非精典性質(zhì)、復(fù)雜量子態(tài)的隱型傳態(tài)、光子、原子和固態(tài)系統(tǒng)中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展、以及在量子通訊和估算中的應(yīng)用方面的理解，并討論了未來(lái)發(fā)展的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。
哪些是量子隱型傳態(tài)？
量子隱型傳態(tài)是指將一個(gè)未知的量子態(tài)從一個(gè)地點(diǎn)（一般稱為發(fā)送者，Alice）傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地點(diǎn)（一般稱為接收者，Bob），而不須要實(shí)際發(fā)送攜帶該量子態(tài)的粒子。這個(gè)過(guò)程須要兩個(gè)條件：一是Alice和Bob之間要事先共享一對(duì)糾纏粒子，二是Alice要將她對(duì)自己手中的兩個(gè)粒子進(jìn)行貝爾態(tài)檢測(cè)的結(jié)果通過(guò)精典信道發(fā)送給Bob。按照Alice發(fā)送的信息，Bob可以對(duì)他手中的糾纏粒子進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮?，進(jìn)而使其弄成與Alice手中原始粒子相同的量子態(tài)。
為何要進(jìn)行復(fù)雜量子態(tài)的隱型傳態(tài)？
在實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)單個(gè)粒子常常具有多個(gè)自由度（比如偏振光、軌道角動(dòng)量、時(shí)空模式等），而且可以處于高維度或連續(xù)變量的超位置狀態(tài)。這種復(fù)雜的量子狀態(tài)可以攜帶更多的信息，但是具有更強(qiáng)的抗干擾能力。因而，在個(gè)別場(chǎng)景下，我們須要將這種復(fù)雜的量子狀態(tài)進(jìn)行隱型傳態(tài)。但是，這也帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)：一方面，我們須要打算更復(fù)雜的糾纏資源，比如多自由度的糾纏或高維度的糾纏；另一方面，我們須要實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的貝爾態(tài)檢測(cè)，比如多自由度的聯(lián)合檢測(cè)或高維度的投影檢測(cè)。這種都對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)提出了更高的要求。
復(fù)雜量子態(tài)隱型傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展有什么？
在過(guò)去的幾年中，實(shí)驗(yàn)上的復(fù)雜量子態(tài)隱型傳態(tài)取得了明顯的進(jìn)展。首先，多自由度的量子隱型傳態(tài)早已在光子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，比如偏振光和軌道角動(dòng)量、偏振和時(shí)空模式、偏振和頻度等。這種實(shí)驗(yàn)表明，多自由度的量子隱型傳態(tài)可以增強(qiáng)信息傳輸?shù)男?，而且可以拿?lái)測(cè)試量子熱學(xué)的基本原理，比如不確定性關(guān)系。其次，高維度的量子隱型傳態(tài)也早已在光子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，比如四維、八維、十六維等。這種實(shí)驗(yàn)表明，高維度的量子隱型傳態(tài)可以增強(qiáng)信息傳輸?shù)陌踩?，而且可以拿?lái)測(cè)試量子熱學(xué)的非局域性。最后，連續(xù)變量的量子隱型傳態(tài)也早已在光子系統(tǒng)、原子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，比如光子的位置和動(dòng)量、原子的載流子和動(dòng)量等。這種實(shí)驗(yàn)表明，連續(xù)變量的量子隱型傳態(tài)可以增強(qiáng)信息傳輸?shù)娜蒎e(cuò)性，而且可以拿來(lái)測(cè)試量子熱學(xué)的相干性。
量子隱型傳態(tài)在量子通訊中的應(yīng)用有什么？
量子隱型傳態(tài)是量子通訊技術(shù)的核心組成部份，它可以拿來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的量子信息傳輸。在光纖通道中，早已實(shí)現(xiàn)了超過(guò)100公里的量子隱型傳態(tài)；在自由空間通道中，借助衛(wèi)星和地面之間的糾纏分發(fā)，早已實(shí)現(xiàn)了超過(guò)1400公里的量子隱型傳態(tài)。這種實(shí)驗(yàn)為建立全球范圍的量子互聯(lián)網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。再者，量子隱型傳態(tài)還可以拿來(lái)實(shí)現(xiàn)超密編碼和密集編碼等高效率的信息編碼合同，以及基于測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的安全秘鑰分發(fā)等。
量子隱型傳態(tài)在量子估算中的應(yīng)用有什么？
量子隱型傳態(tài)可以拿來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式量子估算中的關(guān)鍵操作，即在空間分離的量子比特之間構(gòu)建邏輯聯(lián)接。這些操作稱為門(mén)隱型傳態(tài)，它可以將一個(gè)本地的門(mén)操作分布到兩個(gè)遠(yuǎn)程的粒子上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制或遠(yuǎn)程交換等功能。門(mén)隱型傳態(tài)可以拿來(lái)建立分布式量子網(wǎng)路中的節(jié)點(diǎn)間鏈接量子隱態(tài)傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的量子估算任務(wù)。門(mén)隱型傳態(tài)還可以拿來(lái)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)性更強(qiáng)的拓?fù)渚幋a等。
未來(lái)的發(fā)展方向和挑戰(zhàn)有什么？
雖然量子隱型傳態(tài)早已取得了好多重要的進(jìn)展，但依然存在一些挑戰(zhàn)和機(jī)遇。一方面，我們須要提升糾纏資源的質(zhì)量和數(shù)目，以及貝爾態(tài)檢測(cè)的效率和精度，進(jìn)而提升量子隱型傳態(tài)的保真度和成功幾率。另一方面，我們須要探求更多類型和維度的復(fù)雜量子態(tài)的隱型傳態(tài)量子隱態(tài)傳輸，以及更多領(lǐng)域和平臺(tái)（比如固態(tài)系統(tǒng)、超導(dǎo)系統(tǒng)、原子系統(tǒng)等）的隱型傳態(tài)，以及更多與量子估算、量子通訊、量子檢測(cè)等相關(guān)的應(yīng)用。我們期盼著量子隱型傳態(tài)在未來(lái)能否為量子信息科學(xué)和技術(shù)帶來(lái)更多的突破和創(chuàng)新。
