“我们选取了6个光子的偏振、轨道角动量、空间路径3个自由度来编码18个量子比特。即让6个光子的3个自由度形成了一种超纠缠态，可以编码18个量子比特。”刘乃乐说，最难的部分是对量子比特的测量和对纠缠的验证——得巧妙地构造实验，使得对某个光子的每个自由度的测量不影响其他未测的自由度。
“这当中比较难办的是轨道角动量测量。”刘乃乐说道，这次科学家想了一个非常巧妙的曲线战术，利用一系列光学器件，将轨道角动量信息转化成极化信息，进而进行测量，这样一来，就很容易读出结果了。
最终，对于每个携带3自由度的单个光子，可以读出八种可能的结果。实验数据表明，信噪比大约为4.4，保真度为0.708±0.016。“只要保真度超过0.5的阈值，就可以说实现了真正的多粒子纠缠，所以这次的保真度从统计学意义上明确给出了超纠缠证据。”刘乃乐说。
量子计算曙光初现
“量子计算机是真正意义上的并行计算机。”刘乃乐举例说，如果把经典计算机比成一种单一乐器，那么量子计算机就像一个交响乐团，一次运算可以处理多种不同状况。50个光子纠缠就能让量子计算机的计算能力超越天河二号。
“这次我们将3个自由度都利用起来，形成的18比特超纠缠效率，大约比单自由度18光子超纠缠状态高出13个数量级！”有了这次探索，科学家们更加有信心将不同自由度纠缠这一法宝进一步应用于大尺度、高效率的量子信息技术，用来探索前人从没有抵达过的量子秘境。
“量子比特纠缠的数目越大，可实现的量子计算的能力就越强。”刘乃乐表示，他们希望通过未来3年到5年努力，在量子计算方面能实现约50个纠缠量子比特的相干操纵，使其计算能力在某些特定问题的求解上，媲美或超越目前最好的经典超级计算机，实现“量子霸权”。
（记者：吴长锋）
