Nel campo della misurazione quantistica, valori deboli, introdotto nel 1988 da Aharonov, Albert e Vaidman (AAV), rappresentano un paradigma molto intrigante e sconcertante, con molte proprietà in netto contrasto con le tradizionali misurazioni quantistiche (proiettive).

Indebolendo l'accoppiamento tra particella misurata e dispositivo di misurazione, e sfruttando adeguate pre e postselezione, L'AAV ha dimostrato che era possibile ottenere un valore di 100 misurando (debolmente) lo spin di una particella di ½ spin.

Tale risultato è stato ottenuto dopo aver calcolato la media di misurazioni multiple su particelle identiche pre e post selezionate; quindi, avviato un dibattito sulla natura univoca/statistica dei valori deboli e sulla loro 'quantità', all'interno della discussione più generale sui valori deboli come strumento per comprendere i fondamenti stessi della meccanica quantistica.

In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazione della luce , un team di ricercatori guidato dal Dott. Marco Genovese dell'Istituto metrologico italiano INRIM (Torino, Italia), in collaborazione con persone dell'istituto metrologico brasiliano INMETRO (Rio de Janeiro, Brasile), il Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching, Germania), l'Università Bar-Ilan (Ramat Gan, Israele), e l'Università di Tel-Aviv (Tel-Aviv, Israele), getta nuova luce su questo dibattito decennale, con un esperimento di ottica quantistica che misura, per la prima volta, un valore anomalo debole con un singolo evento di rilevamento, senza alcuna statistica.

Ciò è stato ottenuto realizzando un nuovo paradigma di misurazione chiamato Robust Weak Measurement, implementato come protocollo iterativo in cui la particella misurata (un fotone, nel nostro caso) passa attraverso una sequenza di n blocchi, ciascuno attuando la preselezione, accoppiamento debole e meccanismi di postselezione.

In questo modo, l'osservabile misurato è "la somma delle variabili di polarizzazione dello stesso fotone in n tempi diversi, con il grado di libertà spaziale di questo singolo fotone che svolge il ruolo di dispositivo di misurazione".

"Il setup sperimentale è composto da un insieme di n =7 blocchi in cui una coppia di cristalli birifrangenti realizza l'interazione debole, preceduta da una lamina a semionda e seguita da una lamina polarizzante. Mentre la piastra polarizzante esegue la postselezione, la lamina a semionda ruota la polarizzazione del fotone uscente dal blocco precedente per impostare lo stato di preselezione. L'EM-CCD posto alla fine dei blocchi n=7 rileva la posizione di arrivo del fotone."

"Abbiamo misurato un osservabile con autovalori nell'intervallo [-7, 7]. Il valore debole dell'osservabile del sistema pre e post selezionato su cui è stata eseguita una misurazione con un clic era 18,7, e il nostro singolo clic ha prodotto 21,4 ± 4,5."

"I nostri risultati sottolineano la non statistica, natura a particella singola dei valori deboli, dimostrando come una misurazione con un solo clic può fornire una stima di valore debole anche per valori deboli anomali. Per di più, questo esperimento suggerisce una possibilità praticabile per metodi di amplificazione che riducano efficacemente il contributo all'incertezza associato alla misurazione del puntatore. Questo apre la strada a future applicazioni pratiche del robusto paradigma di misurazione debole".