Hårde grænser for eftervalg af optiske graftilstande

Siden opdagelsen af ​​kvantemekanik, i begyndelsen af ​​det 20. århundrede, fysikere har påberåbt sig optik for at teste dens grundlæggende.

Selv i dag, lineær kvanteoptik - fysikken i, hvordan enkelte fotoner opfører sig i spejle, bølgeplader, og beamsplitters-fører an i form af observationer af flerpartsindvikling, test af kvantelokalitet, og tage fat på grundlæggende spørgsmål om selve virkelighedens natur.

Lys undgår notorisk interaktion. En lysstråle påvirker ikke let noget om en anden stråle - de tilføjer simpelthen, gennem interferens, og gå i gang med deres forretning.

Til dato, kvantemekaniske test har påberåbt sig vores evne til at producere lystilstande, hvor, når alle fotoner måles, en delmængde af målemønstrene kan sigtes ud - dem, hvor der er sket en ønsket interaktion. Fysikere kalder denne teknik 'eftervalg'.

Nyt arbejde fra et team ved University of Bristols Center for Quantum Photonics har afdækket grundlæggende grænser for de kvanteoperationer, der kan udføres med eftervalg. Efterhånden som fysikere bygger større og større kvantetilstande af lys, færre og færre sammenfiltrede stater kan nås ved hjælp af postselection alene.

Bristol -teamet fandt ud af, at efterhånden som kompleksiteten i eftervalgsordningen stiger, den ønskede interaktionstilstand, som i starten er let at sigte fra den større tilstand, begynder at opføre sig adskilt fra støjen, gør postselection umuligt.

Hver foton kan bære en kvantebit, eller 'qubit', af kvanteinformation, til applikationer lige fra kvanteberegning til kvantekommunikation. En vigtig klasse af sammenfiltrede tilstande er 'graftilstande', såkaldt, fordi deres sammenfiltring kan visualiseres som forbindelser mellem qubit -noder i en graf.

Anvendelse af deres postselectability heuristik til grafstater, forskerne katalogiserede hvilke grafer på op til ni qubits der kan vælges efter, at finde disse til at være færre end en femtedel af det samlede beløb. Denne brøkdel forventes at falde kraftigt for større kvantesystemer, begrænsning af den slags sammenfiltring, der kan nås med nutidens kvantefotoniske teknologi, og styrkelse af opfordringen til nye teknologier til at generere og sammenfiltre fotoner.

Værket offentliggøres i dag i tidsskriftet Quantum Science and Technology .

Jeremy Adcock, hovedforfatter til det nye værk, sagde:"Selvom vores regler for eftervalg viser, at de fleste stater er uden for grænser, de fortæller os også, hvordan vi bygger eksperimenter med maksimal kompleksitet. "

Dr. Joshua Silverstone, der ledede projektet, og er Leverhulme Early Career Fellow i Bristol, tilføjede:"Folk har kendt til problemer med eftervalg i mange år, men det er bemærkelsesværdigt, at vi først nu kan gennemskue dets grundlæggende grænser. "

"Eftervalg har stadig en kamp tilbage, men dette arbejde burde virkelig få folk til at tænke over moderne tilgange til optisk kvanteteknologi. "