Il mondo quantistico è notoriamente complesso, i suoi molteplici strati e le sue minuscole componenti eludono gli approcci analitici standard.

Uno dei principi alla base di molti dei fenomeni quantistici sbalorditivi afferma che esiste un limite intrinseco alla precisione con cui possiamo conoscere contemporaneamente determinate coppie di proprietà di un sistema quantistico, che vengono definiti "complementari".

Per esempio, più precisamente conosci la posizione di una particella, meno precisamente puoi conoscere la sua velocità, e viceversa. Infatti, quanto più precisamente si determina una di tali proprietà, meno siamo sicuri della proprietà corrispondente:conoscere la risposta precisa in un caso aumenta solo la sfida di ottenere il quadro completo.

Avere uno sguardo al quadro completo richiede quindi dei compromessi:scambiare la precisione nella determinazione di una proprietà per una maggiore precisione in quella dell'altra. Però, ottenere il miglior quadro possibile consentito dai limiti di "scambio" imposti dalle leggi della fisica quantistica è un compito arduo.

Ora gli esperti dell'Università di Bristol ritengono di aver dimostrato un modo molto più semplice per aggirare questa sfida. Il loro lavoro, pubblicato sulla rivista Optica, potrebbe avere implicazioni per il futuro della sicurezza delle informazioni, scienze biomediche e altri campi di studio in cui i progressi sofisticati si basano sempre più sulla capacità di incorporare e misurare le proprietà dei sistemi quantistici.

La soluzione ideata dai ricercatori dei Quantum Engineering Technology Labs di Bristol prevede una fibra ottica appositamente progettata in grado di generare singoli fotoni in un modo annunciato, consentendo loro di misurare un fotone alla volta utilizzando una procedura di misurazione elegantemente semplice basata su un analogo del lancio di una moneta. Il loro esperimento ha determinato simultaneamente due proprietà di polarizzazione complementari di un singolo fotone e ha ottenuto il miglior "quadro completo" consentito dai limiti di compromesso imposti dalle leggi della fisica quantistica.

"Fino a quando non ci siamo riusciti, non era ben noto che tali misurazioni simultanee quantistiche limitate su un singolo qubit di fotoni potessero essere realizzate con una configurazione di base in un modo così semplice, " ha detto il dottor Adetunmise Dada, Senior Research Associate nei laboratori di tecnologia di ingegneria quantistica di Bristol, e autore principale dell'articolo.

"I nostri risultati gettano luce sui limiti di quanto possiamo apprendere sulle diverse proprietà complementari dei sistemi quantistici utilizzando configurazioni di misurazione pratiche. È anche correlato a quanto possiamo fare affidamento sulla sicurezza delle informazioni fornita dai protocolli quantistici nelle implementazioni del mondo reale, poiché gli stessi principi governano i limiti alle informazioni che possono essere intercettate da un intercettatore nella distribuzione delle chiavi quantistiche."

Prossimo, i ricercatori hanno in programma di spingere ulteriormente i limiti della comprensione quantistica, testando se la loro metodologia potrebbe essere applicata alla misurazione di più proprietà incompatibili e in stati quantistici su larga scala, implementato su una piattaforma ottica integrata al silicio, che è un approccio promettente per realizzare stati quantistici multidimensionali codificati nel grado di libertà del percorso di singoli fotoni.