Sedan upptäckten av kvantmekanik har i början av 1900 -talet, fysiker har förlitat sig på optik för att testa dess grunder.

Även i dag, linjär kvantoptik - fysiken för hur enstaka fotoner beter sig i speglar, vågplattor, och stråldelare – leder vägen när det gäller observationer av flerpartsintrassling, tester av kvantlokalitet, och ta upp grundläggande frågor om själva verklighetens natur.

Ljus undviker notoriskt interaktion. En ljusstråle påverkar inte direkt något om en andra stråle - de summerar helt enkelt, genom störningar, och ägna sig åt sina affärer.

Hittills, kvantmekaniska tester har förlitat sig på vår förmåga att producera tillstånd av ljus där, när alla fotoner mäts, en delmängd av mätmönstren kan sållas bort – de där en önskad interaktion har inträffat. Fysiker kallar denna teknik för "efterval".

Nytt arbete av ett team vid University of Bristols Centre for Quantum Photonics har avslöjat grundläggande begränsningar för kvantoperationer som kan utföras med efterval. När fysiker bygger större och större kvantiteter av ljus, allt färre trassliga stater kan nås med enbart efterval.

Bristol-teamet fann att när komplexiteten i eftervalsschemat ökar, det önskade växelverkande tillståndet, som till en början är lätt att sålla från det större tillståndet, börjar bete sig oskiljbart från bullret, gör efterval omöjligt.

Varje foton kan bära en kvantbit, eller 'qubit', av kvantinformation, för applikationer som sträcker sig från kvantberäkning till kvantkommunikation. En viktig klass av intrasslade tillstånd är "graftillstånden", så kallad eftersom deras trassel kan visualiseras som förbindelser mellan qubit -noder i en graf.

Tillämpa deras postselectability heuristik på graftillstånd, forskarna katalogiserade vilka grafer på upp till nio qubits som kan väljas efter, finner att dessa är färre än en femtedel av totalen. Denna fraktion förväntas sjunka kraftigt för större kvantsystem, begränsa de typer av trassel som kan nås med dagens kvantfotoniska teknik, och förstärker uppmaningen till ny teknik för att generera och trassla ihop fotoner.

Verket publiceras idag i tidskriften Quantum Science and Technology .

Jeremy Adcock, huvudförfattare till det nya verket, sade:"Även om våra regler för efterval visar att de flesta stater är utanför gränserna, de berättar också hur vi bygger experiment med maximal komplexitet. "

Dr Joshua Silverstone, som ledde projektet, och är Leverhulme Early Career Fellow i Bristol, tillade:"Människor har känt till problem med efterval i många år, men det är anmärkningsvärt att vi först nu kan se igenom till dess grundläggande gränser."

"Efterval har fortfarande en del kamp kvar, men detta arbete borde verkligen få människor att tänka på moderna metoder för optisk kvantteknik. "