高维量子纠缠系统凭借其更大的希尔伯特空间，在提升通信容量、抗干扰性和实现复杂量子任务方面具有独特优势。然而，传统光学元件难以稳定实现高维纠缠态的高效制备，同时尺寸庞大，扩展困难，限制了其在量子信息中的发展和应用。近年来，超构表面(metasurface)技术的发展为多自由度光场操控提供了全新平台，也为紧凑型高维量子态的制备与应用带来了新的思路。尽管已有工作利用超构表面实现了纠缠光源的构建、量子态操控及成像、探测等应用，但其在高维量子通信协议中的可行性需要进一步探索与验证。

    华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室、精密光谱科学与技术高等研究院李林研究员，物理与电子科学学院刘金明教授等联合团队成功构建了基于超构表面的高维路径-偏振超纠缠光源，制备并验证了四维、六维和八维等高维超纠缠态，其保真度分别可以达到0.943、0.933和0.911，验证了该平台在多自由度高维纠缠态构建中的可行性。通过引入更大规模的超构透镜阵列可以进一步扩展所制备的超纠缠态的维度。在这种新型纠缠光源的基础上，提出了可扩展的高维远程态制备协议，并实验实现了三维至八维单光子态的远程制备，所制备单光子态的保真度均超过0.9。这是目前为止最高维度的单光子远程态制备结果，验证了该策略在更高维度下的可行性与便捷性，表明这种新型量子纠缠光源在量子信息中广阔的应用前景。该方法具备结构紧凑稳定、易于拓展、高保真度等显著优势，为实现高维量子通信和分布式量子计算提供了重要的技术支撑。    

    该研究成果以华东师范大学为第一单位发表于Laser & Photonics Reviews上，该工作的共同第一作者为华东师范大学研究生宁明昊与李纳川，华东师范大学李林研究员、刘金明教授以及香港城市大学蔡定平教授为共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金委重大项目、重大研究计划重点支持项目和面上项目、上海市教育委员会重大项目、上海市科学技术委员会以及重庆市自然科学基金委面上项目等的大力支持。

图1. 高维度量子光源及4维单光子态远程制备