Depuis la découverte de la mécanique quantique, au début du 20e siècle, les physiciens se sont appuyés sur l'optique pour tester ses principes fondamentaux.

Même aujourd'hui, l'optique quantique linéaire - la physique du comportement des photons isolés dans les miroirs, plaques d'ondes, et séparateurs de faisceaux - ouvre la voie en termes d'observations d'intrication multipartite, tests de non-localité quantique, et répondre à des questions fondamentales sur la nature de la réalité elle-même.

La lumière évite notoirement l'interaction. Un faisceau de lumière n'affecte pas facilement quoi que ce soit à propos d'un deuxième faisceau - ils s'additionnent simplement, par interférence, et vaquer à leurs occupations.

À ce jour, les tests de mécanique quantique se sont appuyés sur notre capacité à produire des états de lumière dans lesquels, quand tous les photons sont mesurés, un sous-ensemble des modèles de mesure peut être filtré, ceux dans lesquels une interaction souhaitée s'est produite. Les physiciens appellent cette technique la « post-sélection ».

De nouveaux travaux menés par une équipe du Center for Quantum Photonics de l'Université de Bristol ont découvert des limites fondamentales sur les opérations quantiques pouvant être effectuées avec la post-sélection. Alors que les physiciens construisent des états de lumière quantiques de plus en plus grands, de moins en moins d'états intriqués sont atteignables en utilisant uniquement la post-sélection.

L'équipe de Bristol a constaté qu'à mesure que la complexité du système de post-sélection augmente, l'état d'interaction souhaité, qui au début est facile à tamiser de l'état plus grand, commence à se comporter de manière indiscernable du bruit, rendant la post-sélection impossible.

Chaque photon peut transporter un bit quantique, ou 'qubit', d'informations quantiques, pour des applications allant de l'informatique quantique aux communications quantiques. Une classe importante d'états intriqués sont les « états de graphe », ainsi appelé parce que leur enchevêtrement peut être visualisé comme des connexions entre les nœuds qubit d'un graphe.

En appliquant leurs heuristiques de post-sélection aux états de graphes, les chercheurs ont répertorié quels graphiques jusqu'à neuf qubits sont post-sélectionnables, constatant que ceux-ci représentent moins d'un cinquième du total. On s'attend à ce que cette fraction chute sévèrement pour les systèmes quantiques plus grands, limiter les types d'intrication qui peuvent être atteints avec la technologie photonique quantique d'aujourd'hui, et le renforcement de l'appel aux nouvelles technologies pour générer et enchevêtrer des photons.

L'ouvrage est publié aujourd'hui dans la revue Science et technologie quantiques .

Jérémy Adcock, auteur principal du nouvel ouvrage, a déclaré : « Même si nos règles de post-sélection montrent que la plupart des États sont interdits, ils nous disent aussi comment construire des expériences d'une complexité maximale."

Dr Joshua Silverstone, qui a mené le projet, et est Leverhulme Early Career Fellow à Bristol, a ajouté : « Les gens connaissent les problèmes de post-sélection depuis de nombreuses années, mais il est remarquable que ce n'est que maintenant que nous pouvons voir jusqu'à ses limites fondamentales."

"La post-sélection a encore du combat à faire, mais ce travail devrait vraiment amener les gens à réfléchir aux approches modernes de la technologie quantique optique."