量子纠缠！日本科学家攻克25年难题：W态测量实现突破性进展

2025年9月，日本京都大学和广岛大学的联合研究团队对外发布了一项成果，他们找到了识别W态量子纠缠的测量方法。

这个难题，学界整整攻关了25年，现在终于有了答案。

量子纠缠这东西，说起来有点反常识。

爱因斯坦当年就觉得它奇怪，称其为“幽灵般的远距离作用”，多个粒子缠在一起后，没法单独描述其中一个的状态，得把它们当整体看。

后来的实验一次次证明，这种现象是真的，它也是量子技术能发展的核心基础。

但问题在于，多光子量子纠缠有两种关键状态，一种是GHZ态，早就能测了；另一种就是W态，它比GHZ态“结实”，就算丢几个光子，剩下的还能保持纠缠，在量子网络里特别有用。

可偏偏就是这个有用的W态，从1998年被提出来到现在，没人能找到靠谱的测量办法。

说实话，之前我跟做量子研究的朋友聊过，他们说W态就像藏在一堆零件里的精密齿轮，知道它能带动机器，却拿不出能精准找到它的工具。

传统的测量方法叫量子断层扫描，这方法有个大毛病，要测的光子越多，需要的测量次数就越多，多到呈指数级增长。

比如测3个光子还好，测到5个、10个，那数据量根本处理不过来。

更麻烦的是，量子态还会“过期”，也就是常说的退相干，等你测完，可能这个量子态早就变了。

所以这些年，全球二十多个团队都试过攻克W态测量，最后都没成。

日本这个团队从2000年就开始做，一做就是25年，这份坚持确实少见。

既然这难题这么难，日本的研究团队是怎么啃下来的呢？牵头的是京都大学竹内实验室的竹内繁树教授，他们还拉上了广岛大学的团队，两边正好互补，竹内团队懂光量子电路，广岛团队擅长量子傅里叶变换。

本来想简单说他们是把两种技术拼在了一起，但后来发现不是，他们找了个独特的切入点：W态有个“循环位移对称性”，简单说就是光子位置换一换，它的状态不变。

就靠这个特性，他们给W态做了个“专属标签”。

他们改了量子傅里叶变换技术，这技术原本是用来在量子计算里分解大数的，现在被改成了找W态的“探测器”，一次测量就能认出W态，比以前的方法效率高多了。

实验装置也是专门做的，用了高稳定的光量子电路，不用老手动校准，能稳稳定定跑八小时，要知道以前同类设备，能稳一小时就不错了。

他们还做了实验验证，把三个不同偏振态的单光子输进去，真的能分清不同类型的W态，而且结果很可靠。

这个突破不只是纸面上的成果，它能实实在在推动量子技术落地。

先说量子隐形传态，以前用GHZ态传信息，稍微丢个光子，信号就容易断。

现在用W态，就算丢一个光子，剩下的还能接着传，以后星地之间的量子通信，说不定能传得更远、更稳。

老实讲，之前“墨子号”卫星做量子通信，已经很厉害了，要是加上W态技术，估计能更上一层楼。

量子计算这边也有新可能。

现在不少量子计算机用的是“门操作”，容易受环境干扰。

W态测量能支持一种“测量驱动”的计算方式，靠实时测W态的变化来算题，抗干扰能力强不少。

还有量子网络，要把多个城市的量子节点连起来，用GHZ态的话，一个节点出问题，整个网络可能就停了；W态不怕这个，就算某个节点丢了光子，其他节点还能正常工作，以后建量子网络，稳定性能提高一大截。

欧盟那个“量子旗舰计划”，听说已经打算参考这个技术优化节点设计了。

当然，这团队也有后续计划，短期想把测量范围扩展到4到6个光子的W态，长期还想做“片上系统”，把设备做小，方便商业化。

从这个突破也能看出日本在量子领域的实力，他们2021年就启动了量子科技计划，投了不少钱，而且是高校、科研机构、企业一起发力，基础研究做完，能更快转到实际应用，这点值得关注。

竹内教授说“懂原理才能创新”，我特别认同这句话。

这25年攻关，不是靠碰运气，是团队一直盯着W态的基础特性研究，才找到突破口。

现在全球都在抢量子技术的制高点，这个突破不光是日本团队的成果，也给整个领域指了条路，想在量子技术上走得远，基础研究的根得扎深。

未来几年，随着W态技术再优化，说不定我们能看到基于它的量子通信协议用在金融、政务上，量子网络也能更稳定。

毫无疑问，这个攻克了25年的难题，就像给量子技术打开了一扇新门，后面的可能性，值得期待。