Эта работа должна действительно заставить людей задуматься о современных подходах к оптическим квантовым технологиям.

С момента открытия квантовой механики, в начале 20-го века, физики полагались на оптику для проверки ее основ.

Даже сегодня линейная квантовая оптика – физика поведения одиночных фотонов в зеркалах, волновых пластинах и светоделителях – лидирует с точки зрения наблюдений многопартийной запутанности, испытаний квантовой нелокальности и решения фундаментальных вопросов о природе самой реальности.

Свет, как известно, избегает взаимодействия. Один луч света никак не влияет на второй луч – он просто складывается из-за помех и занимается своими делами.

До настоящего времени квантово-механические испытания основывались на нашей способности генерировать световые состояния, в которых, когда измеряются все фотоны, можно отсеять подмножество шаблонов измерений – те, в которых произошло желаемое взаимодействие. Физики называют эту технику «поствыбором».

Новая работа группы в Центре квантовой фотоники Бристольского университета открыла фундаментальные ограничения для квантовых операций, которые могут выполняться с помощью поствыбора. По мере того как физики строят все большие и большие квантовые состояния света, все меньше и меньше запутанных состояний достижимы, используя только поствыбор.

Исследовательская группа из Бристоля обнаружила, что по мере того, как возрастает сложность схемы поствыбора, желаемое взаимодействующее состояние, которое на первых порах легко отсеивается от более крупного состояния, начинает вести себя неотличимо от шума, делая поствыбор невозможным.

Каждый фотон может нести квантовый бит или «кубит» квантовой информации для приложений, начиная от квантовых вычислений и заканчивая квантовыми коммуникациями. Важным классом запутанных состояний являются «состояния графа», так называемые, потому что их запутанность можно визуализировать как связи между узлами кубита графа.

Применяя их эвристику поствыборности к состояниям графов, исследователи каталогизировали, какие графы до девяти кубитов являются постселектируемыми, находя их менее одной пятой от общего числа. Ожидается, что эта доля резко снизится для более крупных квантовых систем, ограничивая виды запутывания, которые могут быть достигнуты с помощью современной квантовой фотонной технологии, и усиливая призыв к новым технологиям для генерации и запутывания фотонов.

Работа опубликована сегодня в журнале Quantum Science and Technology.

Джереми Адкок, ведущий автор новой работы, сказал: «Несмотря на то, что наши правила для поствыбора показывают, что большинство штатов закрыты, они также говорят нам, как строить эксперименты максимальной сложности».

Доктор Джошуа Сильверстоун, который руководил проектом и является старшим научным сотрудником Leverhulme в Бристоле, добавил: «Люди знают о проблемах с отбором на протяжении многих лет, но примечательно, что только теперь мы можем дойти до его фундаментальных границ».

«У поствыбора все еще есть борьба, но эта работа должна действительно заставить людей задуматься о современных подходах к оптическим квантовым технологиям».

По материалам phys.org