Optisk förverkligande av den enklaste möjliga tekniken för samtidig mätning av två inkompatibla observationer av en enda qubit. Den här illustrerade mätstrategin tillämpades för att undersöka en grundläggande osäkerhetsrelation för samtidiga kvantmätningar och är tillämplig för kvantmetrologi och andra framväxande fotoniska kvanttekniker. Upphovsman:Adetunmise Dada
Kvantvärlden är notoriskt komplex, dess flera lager och små komponenter som undviker standardanalysmetoder.
En av principerna som ligger till grund för många av de upprörande kvantfenomenen säger att det finns en inneboende gräns för den precision med vilken vi samtidigt kan känna till vissa par av egenskaper hos ett kvantsystem, som kallas kompletterande.
Till exempel, ju mer exakt du vet positionen för en partikel, ju mindre exakt du kan veta dess hastighet, och vice versa. Faktiskt, ju mer exakt en av sådana egenskaper bestäms, desto mindre säker kan vi vara om motsvarande egenskap - att veta det exakta svaret i ett fall ökar bara utmaningen att få hela bilden.
För att få en inblick i hela bilden krävs sedan kompromisser - avväg precision i bestämningen av den ena fastigheten för mer precision i den andra. Dock, Det är en skrämmande uppgift att uppnå bästa möjliga helhetsbild som tillåts av gränserna för avvägningar som kvantfysikaliska lagar tillämpar.
Nu tror University of Bristol -experter att de har visat ett mycket enklare sätt att kringgå denna utmaning. Deras arbete, publicerad i tidskriften Optica, kan få konsekvenser för framtiden för informationssäkerhet, biomedicinsk vetenskap och andra studieområden där sofistikerade framsteg alltmer förlitar sig på förmågan att införliva och mäta egenskaperna hos kvantsystem.
Lösningen som utarbetats av forskare från Bristols Quantum Engineering Technology Labs innefattar en specialdesignad optisk fiber som kan generera enstaka fotoner på ett visat sätt, tillåta dem att mäta en foton i taget med ett elegant enkelt mätförfarande baserat på en analog av en myntvipp. Deras experiment bestämde samtidigt två komplementära polarisationsegenskaper för en enda foton och uppnådde den bästa möjliga "hela bilden" som tillåts av de avvägningsgränser som kvantfysikens lagar föreskriver.
"Tills vi klarade det, det var inte känt att sådana kvantbegränsade samtidiga mätningar på en enda fotonkvit kunde realiseras med en grundläggande inställning på ett så enkelt sätt, "sa Dr Adetunmise Dada, Senior Research Associate i Bristols Quantum Engineering Technology Labs, och huvudförfattare till tidningen.
"Våra fynd belyser gränserna för hur mycket vi kan lära oss om olika komplementära egenskaper hos kvantsystem genom att använda praktiska mätinställningar. Det är också relaterat till hur väl vi kan lita på den informationssäkerhet som kvantprotokoll levererar i verkliga världsimplementationer, eftersom samma principer styr gränserna för den information som kan hackas av en avlyssnare i kvantnyckeldistribution. "
Nästa, forskarna planerar att skjuta gränserna för kvantförståelse ännu mer, genom att testa om deras metodik kan tillämpas för att mäta flera inkompatibla egenskaper och i storskaliga kvanttillstånd, implementerad på en kiselintegrerad optikplattform, vilket är ett lovande tillvägagångssätt för att realisera flerdimensionella kvanttillstånd som är kodade i frihetsgraden för enstaka fotoner.
