Dalla scoperta della meccanica quantistica, all'inizio del XX secolo, i fisici si sono affidati all'ottica per testarne i fondamenti.

Anche oggi, ottica quantistica lineare:la fisica del comportamento dei singoli fotoni negli specchi, piastre d'onda, e beamsplitter:apre la strada in termini di osservazioni di entanglement multipartitico, test di nonlocalità quantistica, e affrontare questioni fondamentali sulla natura della realtà stessa.

La luce notoriamente evita l'interazione. Un raggio di luce non influisce facilmente su un secondo raggio:semplicemente si sommano, per interferenza, e fanno i loro affari.

Ad oggi, i test della meccanica quantistica si sono basati sulla nostra capacità di produrre stati di luce in cui, quando tutti i fotoni sono misurati, un sottoinsieme dei modelli di misurazione può essere setacciato, quelli in cui si è verificata l'interazione desiderata. I fisici chiamano questa tecnica "postselezione".

Un nuovo lavoro di un team del Center for Quantum Photonics dell'Università di Bristol ha scoperto limiti fondamentali alle operazioni quantistiche che possono essere eseguite con la postselezione. Mentre i fisici costruiscono stati quantistici di luce sempre più grandi, sempre meno stati entangled sono raggiungibili usando solo la postselezione.

Il team di Bristol ha scoperto che con l'aumentare della complessità dello schema di postselezione, lo stato di interazione desiderato, che in un primo momento è facile da setacciare dallo stato più grande, inizia a comportarsi indistintamente dal rumore, rendendo impossibile la postselezione.

Ogni fotone può trasportare un bit quantico, o "qubit", di informazioni quantistiche, per applicazioni che vanno dall'informatica quantistica alle comunicazioni quantistiche. Una classe importante di stati entangled sono gli "stati grafici", così chiamati perché il loro entanglement può essere visualizzato come connessioni tra i nodi qubit di un grafo.

Applicando la loro euristica di postselezionabilità agli stati dei grafi, i ricercatori hanno catalogato quali grafici fino a nove qubit sono postselezionabili, trovando che questi sono meno di un quinto del totale. Si prevede che questa frazione diminuirà drasticamente per i sistemi quantistici più grandi, limitare i tipi di entanglement che possono essere raggiunti con l'odierna tecnologia fotonica quantistica, e rafforzare la richiesta di nuove tecnologie per generare e intrappolare fotoni.

Il lavoro è pubblicato oggi sulla rivista Scienza e tecnologia quantistica .

Jeremy Adcock, autore principale del nuovo lavoro, ha dichiarato:"Anche se le nostre regole per la postselezione mostrano che la maggior parte degli stati sono vietati, ci dicono anche come costruire esperimenti di massima complessità."

Dottor Joshua Silverstone, chi ha guidato il progetto, ed è un Leverhulme Early Career Fellow a Bristol, ha aggiunto:"Le persone sono a conoscenza dei problemi con la postselezione da molti anni, ma è straordinario che solo ora possiamo vedere attraverso i suoi limiti fondamentali."

"La post-selezione ha ancora un po' di lotta, ma questo lavoro dovrebbe davvero far riflettere le persone sugli approcci moderni alla tecnologia quantistica ottica".