Réalisation optique de la technique la plus simple possible pour la mesure simultanée de deux observables incompatibles d'un même qubit. La stratégie de mesure illustrée ici a été appliquée pour sonder une relation d'incertitude fondamentale pour des mesures quantiques simultanées et est applicable à la métrologie quantique et à d'autres technologies quantiques photoniques émergentes. Crédit :Adetunmise Dada
Le monde quantique est notoirement complexe, ses multiples couches et composants minuscules échappant aux approches analytiques standard.
L'un des principes à la base de nombreux phénomènes quantiques ahurissants stipule qu'il existe une limite intrinsèque à la précision avec laquelle nous pouvons connaître simultanément certaines paires de propriétés d'un système quantique, qui sont dits « complémentaires ».
Par exemple, plus vous connaissez précisément la position d'une particule, moins on connaît précisément sa vitesse, et vice versa. En réalité, plus précisément l'une de ces propriétés est déterminée, moins nous pouvons être sûrs de la propriété correspondante - connaître la réponse précise dans un cas ne fait qu'augmenter le défi d'obtenir une image complète.
Obtenir un aperçu de l'image complète nécessite alors des compromis - troquer la précision dans la détermination d'une propriété pour plus de précision dans celle de l'autre. Cependant, obtenir la meilleure image complète possible permise par les limites de « compromis » imposées par les lois de la physique quantique est une tâche ardue.
Aujourd'hui, les experts de l'Université de Bristol pensent avoir démontré un moyen beaucoup plus simple de contourner ce défi. Leur travail, publié dans la revue Optica, pourrait avoir des implications pour l'avenir de la sécurité de l'information, la science biomédicale et d'autres domaines d'études où les avancées sophistiquées reposent de plus en plus sur la capacité d'incorporer et de mesurer les propriétés des systèmes quantiques.
La solution conçue par les chercheurs des laboratoires de technologie d'ingénierie quantique de Bristol implique une fibre optique spécialement conçue qui peut générer des photons uniques d'une manière annoncée, leur permettant de mesurer un photon à la fois en utilisant une procédure de mesure élégamment simple basée sur l'analogue d'un tirage au sort. Leur expérience a déterminé simultanément deux propriétés de polarisation complémentaires d'un même photon et a obtenu la meilleure « image complète » possible permise par les limites de compromis imposées par les lois de la physique quantique.
"Jusqu'à ce que nous y parvenions, il n'était pas bien connu que de telles mesures simultanées limitées quantiques sur un seul photon qubit pourraient être réalisées avec une configuration de base d'une manière aussi simple, " a déclaré le Dr Adetunmise Dada, Associé de recherche principal dans les laboratoires de technologie d'ingénierie quantique de Bristol, et auteur principal de l'article.
"Nos résultats mettent en lumière les limites de ce que nous pouvons apprendre sur les différentes propriétés complémentaires des systèmes quantiques en utilisant des configurations de mesure pratiques. Cela est également lié à la façon dont nous pouvons nous fier à la sécurité de l'information fournie par les protocoles quantiques dans les implémentations du monde réel, puisque les mêmes principes régissent les limites des informations pouvant être piratées par un espion dans la distribution de clés quantiques. »
Prochain, les chercheurs prévoient de repousser encore plus loin les limites de la compréhension quantique, en testant si leur méthodologie pouvait être appliquée à la mesure de plusieurs propriétés incompatibles et dans des états quantiques à grande échelle, implémenté sur une plate-forme d'optique intégrée en silicium, qui est une approche prometteuse pour réaliser des états quantiques multidimensionnels codés dans le degré de liberté de chemin de photons uniques.
