无需复杂设备、只需少量实验即可验证“三粒子纠缠态”

量子纠缠态是量子信息技术的核心资源，但要确保其真实可靠，必须对其进行严格认证。传统认证方法往往依赖两个不现实的假设：一是测量设备完全可信（即‘设备相关’），二是量子源每次都产生完全相同且彼此独立的副本（IID假设）。本文突破性地解决了这两个难题：一方面采用‘设备无关’（DI）方案——即把所有测量设备都当作‘黑盒子’，只依据输入输出关联数据进行判断；另一方面彻底放弃IID假设，允许不同轮次产生的量子态之间存在关联甚至纠缠。研究团队设计了一套理论协议，并结合高性能四光子GHZ态光源，在实验中成功对单个四量子比特GHZ态完成了设备无关认证。具体做法是：让光源产生N个量子态，对其中N−1个进行贝尔非定域性检验（即测量它们是否违反某个贝尔不等式），根据检验结果推断剩下那个未测量态与理想GHZ态的接近程度。为量化这种‘接近度’，文章采用‘可提取性’（extractability）这一指标——它代表在所有可能的局域等距变换下，该态与目标态的最大保真度。实验证明，在4643次有效检验后，以95%置信水平确认该未测态的可提取性达0.877，即它经适当局域操作后，与理想GHZ态的相似度超过87.7%。该成果不仅大幅降低认证所需的样本量（比传统方法高效约百倍），还首次在非IID条件下实现真正意义上的设备无关认证，显著提升了量子系统在现实环境中的鲁棒性与实用性。