De kwantumwereld is notoir complex, zijn meerdere lagen en minuscule componenten die de standaard analytische benaderingen ontwijken.

Een van de principes die ten grondslag liggen aan veel van de verbijsterende kwantumverschijnselen, stelt dat er een intrinsieke limiet is aan de precisie waarmee we tegelijkertijd bepaalde paren eigenschappen van een kwantumsysteem kunnen kennen, die 'complementair' worden genoemd.

Bijvoorbeeld, hoe nauwkeuriger je de positie van een deeltje weet, hoe minder precies je de snelheid kunt kennen, en vice versa. In feite, hoe nauwkeuriger een van dergelijke eigenschappen wordt bepaald, des te minder zeker kunnen we zijn over de bijbehorende eigenschap - het exacte antwoord kennen in één geval vergroot alleen maar de uitdaging om het volledige beeld te krijgen.

Om een ​​glimp op te vangen van het volledige plaatje zijn dan compromissen nodig:precisie bij het bepalen van de ene eigenschap inruilen voor meer precisie in die van de andere. Echter, het verkrijgen van het best mogelijke volledige beeld dat mogelijk wordt gemaakt door de 'trade-off'-limieten die worden opgelegd door wetten van de kwantumfysica, is een ontmoedigende taak.

Nu geloven experts van de Universiteit van Bristol dat ze een veel eenvoudigere manier hebben aangetoond om deze uitdaging te omzeilen. Hun werk, gepubliceerd in het tijdschrift Optica, gevolgen kunnen hebben voor de toekomst van informatiebeveiliging, biomedische wetenschappen en andere vakgebieden waar geavanceerde vooruitgang steeds meer afhankelijk is van het vermogen om de eigenschappen van kwantumsystemen op te nemen en te meten.

De oplossing die is bedacht door onderzoekers van de Quantum Engineering Technology Labs van Bristol, omvat een speciaal ontworpen optische vezel die op een aangekondigde manier enkele fotonen kan genereren, waardoor ze één foton per keer kunnen meten met behulp van een elegant eenvoudige meetprocedure die is gebaseerd op een analoog van het opgooien van een munt. Hun experiment bepaalde tegelijkertijd twee complementaire polarisatie-eigenschappen van een enkel foton en bereikte het best mogelijke 'volledige beeld' mogelijk door de afwegingslimieten opgelegd door wetten van de kwantumfysica.

"Tot het ons lukte, het was niet goed bekend dat dergelijke kwantumbeperkte gelijktijdige metingen op een enkel fotonqubit op zo'n eenvoudige manier konden worden gerealiseerd met een basisopstelling, " zei Dr. Adetunmise Dada, Senior onderzoeksmedewerker in de Quantum Engineering Technology Labs van Bristol, en hoofdauteur van het artikel.

"Onze bevindingen werpen licht op de grenzen van hoeveel we kunnen leren over verschillende complementaire eigenschappen van kwantumsystemen door gebruik te maken van praktische meetopstellingen. Het houdt ook verband met hoe goed we kunnen vertrouwen op de informatiebeveiliging die wordt geleverd door kwantumprotocollen in real-world implementaties, omdat dezelfde principes de limieten bepalen voor de informatie die kan worden gehackt door een afluisteraar bij de distributie van kwantumsleutels."

Volgende, de onderzoekers zijn van plan de grenzen van het kwantumbegrip nog verder te verleggen, door te testen of hun methodologie kan worden toegepast op het meten van meerdere onverenigbare eigenschappen en in grootschalige kwantumtoestanden, geïmplementeerd op een silicium geïntegreerd opticaplatform, wat een veelbelovende benadering is om multidimensionale kwantumtoestanden te realiseren die zijn gecodeerd in de padvrijheidsgraad van enkele fotonen.