纠缠态作为一种物理资源，在量子隐形传态、量子密钥分发、量子计算等量子信息的各个方面都发挥着重要作用。然而由于实验条件的限制以及不可避免的环境噪声的影响，制备出的纠缠态并非都是最大纠缠态：另一方面，纯纠缠态也会因环境的退相干而退化为混合态。将这样的混合纠缠态用于量子通信和量子计算会导致信息失真。为了达到更好的量子通信或量子计算效果，需要通过纠缠纯化技术将混合纠缠态纯化为纯纠缠态或近纯纠缠态。因此，如何纯化高质量的量子纠缠态是量子信息研究的重要课题。量子纠缠态的常见应用，例如：量子通信应用于量子态隐形传态；量子计算应用于量子计算机。量子计算在实现技术上面临严峻的挑战。 要实现这一目标，必须解决另外三个问题——量子算法、量子编码和实现量子计算的物理系统。量子安全通信在量子密码学中也有广泛的应用。

纠缠态制备

多光子纠缠态的制备与操控一直是量子信息领域的研究热点，国际上一般利用晶体中的非线性过程来产生多光子纠缠态，其难度随着光子数量的增加而呈指数增长。

2000年，美国国家标准与技术研究所在离子阱系统中实现了四个离子的纠缠态。

2004年，合肥微尺度材料科学国家实验室量子物理与量子信息研究部的科研人员打破了这一纪录，在国际上首次成功实现了五光子纠缠的操控。

2005年底，美国国家标准与技术研究所与奥地利因斯布鲁克研究组分别宣布实现了六个和八个离子的纠缠态，并一直保持着这一纪录。

在郭光灿院士的带领下，中国科学院量子信息重点实验室李传锋、黄云峰研究组成功制备了八光子纠缠态GHZ态，并进一步利用产生的纠缠态完成了八端口量子通信复杂度实验。实验结果突破了以往的界限，展示了量子通信在抗干扰能力强、传输速度快等方面的优越性。该项研究成果于2011年11月22日在《自然通讯》杂志上在线发表。

量子态隐形传态

1997年，奥地利泽林格团队首次在室内完成了量子态隐形传态的实验验证。2004年，该团队利用多瑙河底部的光纤通道，成功将量子“时空旅行”的距离提升至600米。但由于光纤通道中的损耗以及环境的干扰，量子态隐形传态的距离难以大幅提升。

2004年，中国科大潘建伟、彭承志等研究员团队在2005年于合肥创造了13公里自由空间双向量子纠缠“分裂”发送的世界纪录，验证了在外层空间与地球之间分发纠缠光子的可行性。从2007年开始，中国科大与清华大学联合研究团队在北京建立了16公里自由空间量子通道，并取得了一系列关键技术突破，最终于2009年成功实现了世界上距离最长的量子态隐形传输，证实了穿越大气层量子态隐形传输的可行性，为未来基于卫星中继的全球量子通信网络奠定了坚实的基础。该成果已于2010年6月1日出版的英国《自然》杂志旗下的《自然光子学》上发表，引起了国际学术界的广泛关注。

2015年2月26日，《自然》杂志刊登封面文章，介绍了中国科学技术大学潘建伟项目组“多维量子系统的隐形传态”研究成果。通俗地说，这项技术可以让科学家瞬间知道远方粒子的状态，从而打开瞬时传输技术的大门。11日，欧洲物理学会新闻网站《物理世界》公布了2015年国际物理学领域十大突破，这项工作入选并位居第一。

2015年10月25日，英国《自然》杂志刊登了一篇论文。在这篇最新论文中，荷兰代尔夫特理工大学的科学家在代尔夫特理工大学校园两侧放置了两颗钻石，相距1.3公里。每颗钻石中都包含一个微小的空间，可以捕获单个电子，这些电子具有一种称为“自旋”的磁性，然后利用微波和激光能量脉冲纠缠并测量电子的“自旋”。校园两侧都设置了探测器，两个电子之间的距离确保在测量过程中无法以传统方式交换信息。

研究报告的主要作者伦纳德·汉森教授表示：“当两个电子纠缠在一起时，事情就变得非常有趣了。它们本应处于同时上下的叠加态，但当它们被观察时，它们总是表现为一个向上，另一个向下。两者之间存在完美的相关性，当你观察一个粒子时，另一个会自动变为相反的状态。这种相关性变化是瞬间发生的，即使另一个粒子在星系的另一边。”其他粒子在性质上也有类似的纠缠相关性。

美国科学家利用小型磁铁在室温下实现了半导体中粒子的量子纠缠。这项最新研究将有助于开发更高性能的量子器件。他们首先利用红外激光对数千个电子和原子核的磁态进行有序排列，然后利用电磁脉冲使它们纠缠。这一过程使体积为40立方微米的半导体碳化硅中的电子和原子核发生纠缠。该研究发表在2015年11月20日出版的《》杂志上。

分子工程学教授奥沙隆表示，能够在室温下在半导体中制造出稳定的纠缠态，除了推动基础物理学的发展外，对未来量子器件的研发也具有重要意义。短期内，科学家可借此研制出超灵敏的量子传感器。由于纠缠可在室温下进行，且碳化硅非常环保，因此这类器件可植入生物体内，在生物医学领域发挥重大作用。长期来看，科学家甚至可以将粒子纠缠在遥远的碳化硅芯片中，让其在同步地球静止定位卫星和加密信息通讯领域“大显身手”。

近日，澳大利亚新南威尔士大学研究团队在最新一期《自然纳米技术》杂志上报道，他们利用放置在硅片中的电子与磷原子核实现了量子纠缠，实验取得了观测值2.70，可信度超过96%。

研究人员表示，以如此高的“分数”通过贝尔测试，是迄今为止人们可以实现对量子计算机运行的完全控制，特别是利用量子纠缠实现纯量子型计算机编码的最有力证明。