量子导引(quantum steering)的概念最早可追溯至1935年爱因斯坦、波多尔斯基和罗森关于量子力学完备性的著名争论,以及薛定谔的后续回应。它描述了复合量子系统中一方通过局域测量“引导”或“制备”另一方量子态的能力。作为一种介于量子纠缠与贝尔非局域性之间的特殊量子关联,量子导引不仅是基础物理研究的核心课题,也是单边设备无关量子信息任务的关键资源。近年来,高维量子导引因其具有更强的信息容量和更优的抗噪、抗损耗性能而备受关注。然而,文献中现有的量子导引探测方法(如基于线性不等式、熵不等式的判据)局限于或低维系统或特定的测量设置情形(如相互无偏基),任意维度一般测量设置下的高维量子导引的有效探测一直是具有挑战性的难题。
针对这一理论瓶颈,乔从丰教授课题组创新性地将概率majorization格的理论引入量子导引的研究中。不同于传统依赖于概率分布函数(如熵、方差、线性关联函数以及关联矩阵方法)的手段,该研究提出,通过对联合概率分布进行特定的“聚合操作(aggregation operations)”,可以实现对联合概率分布中编码的量子关联信息的直接提取。基于这一思想,团队建立了一个适用于任意有限维度和任意测量设置的量子导引探测框架。该项研究不仅在数学形式上将量子导引与majorization格理论优美地结合在一起,也为实验物理学家在复杂测量环境下探测高维量子导引提供了具有高可操作性的工具。高维量子系统在量子通信、量子密码学及超密集编码等领域展现出潜在的优势,该研究所提供的新视角和方法,有望进一步推动高维量子信息处理技术的实际应用。

本研究工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金,以及中国博士后科学基金的资助与支持。相关研究成果以“Witness High-Dimensional Quantum Steering via Majorization Lattice”为题,发表在量子信息领域学术期刊《npj Quantum Information》(原文链接,https://www.nature.com/articles/s41534-026-01204-3)。物理科学学院博士后杨马成为论文第一作者,乔从丰教授为通讯作者。