Eksperter bevæger sig et skridt tættere på at afmystificere kvanteverdenen

Kvanteverdenen er notorisk kompleks, dets mange lag og minimale komponenter, der unddrager sig standardanalytiske tilgange.

Et af principperne, der ligger til grund for mange af de forbløffende kvantefænomener, siger, at der er en iboende grænse for den præcision, hvormed vi samtidigt kan kende visse egenskabspar ved et kvantesystem, som omtales som værende "komplementære".

For eksempel, jo mere præcist du kender positionen af ​​en partikel, jo mindre præcist kan du kende dens hastighed, og omvendt. Faktisk, jo mere præcist en af ​​sådanne egenskaber bestemmes, jo mindre sikre kan vi være på den tilsvarende egenskab – at kende det præcise svar i ét tilfælde øger kun udfordringen med at få det fulde billede.

At få et glimt af det fulde billede kræver derefter kompromiser – afvej præcision i bestemmelsen af ​​en egenskab for mere præcision i den anden. Imidlertid, Det er en skræmmende opgave at opnå det bedst mulige fuldstændige billede, der tillades af de "trade-off"-grænser, der pålægges af kvantefysikkens love.

Nu mener University of Bristol-eksperter, at de har demonstreret en meget nemmere måde at omgå denne udfordring. Deres arbejde, offentliggjort i tidsskriftet Optica, kan få konsekvenser for fremtidens informationssikkerhed, bio-medicinsk videnskab og andre studieretninger, hvor sofistikerede fremskridt i stigende grad er afhængige af evnen til at inkorporere og måle kvantesystemernes egenskaber.

Løsningen udtænkt af forskere fra Bristols Quantum Engineering Technology Labs involverer en specialdesignet optisk fiber, der kan generere enkelte fotoner på en bebudet måde, giver dem mulighed for at måle en foton ad gangen ved hjælp af en elegant simpel måleprocedure baseret på en analog af en møntflip. Deres eksperiment bestemte samtidig to komplementære polarisationsegenskaber for en enkelt foton og opnåede det bedst mulige 'fulde billede' tilladt af de afvejningsgrænser, der pålægges af kvantefysikkens love.

"Indtil vi klarede det, det var ikke velkendt, at sådanne kvantebegrænsede samtidige målinger på en enkelt foton-qubit kunne realiseres med en grundlæggende opsætning på en så enkel måde, " sagde Dr Adetunmise Dada, Senior Research Associate i Bristols Quantum Engineering Technology Labs, og hovedforfatter af papiret.

"Vores resultater kaster lys over grænserne for, hvor meget vi kan lære om forskellige komplementære egenskaber ved kvantesystemer ved at bruge praktiske måleopsætninger. Det er også relateret til, hvor godt vi kan stole på informationssikkerheden leveret af kvanteprotokoller i implementeringer i den virkelige verden, da de samme principper styrer grænserne for den information, der kan hackes af en aflytning i kvantenøgledistribution."

Næste, forskerne planlægger at skubbe grænserne for kvanteforståelse endnu længere, ved at teste, om deres metodologi kan anvendes til at måle flere inkompatible egenskaber og i storskala kvantetilstande, implementeret på en silicium integreret optikplatform, hvilket er en lovende tilgang til at realisere multidimensionelle kvantetilstande indkodet i vejgraden af ​​frihed for enkelte fotoner.