O mundo quântico é notoriamente complexo, suas múltiplas camadas e componentes minúsculos iludindo as abordagens analíticas padrão.

Um dos princípios que sustentam muitos dos fenômenos quânticos alucinantes afirma que há um limite intrínseco para a precisão com a qual podemos conhecer simultaneamente certos pares de propriedades de um sistema quântico, que são referidos como sendo 'complementares'.

Por exemplo, quanto mais precisamente você sabe a posição de uma partícula, com menos precisão você pode saber sua velocidade, e vice versa. Na verdade, quanto mais precisamente uma dessas propriedades for determinada, menos certeza podemos ter sobre a propriedade correspondente - saber a resposta precisa em um caso apenas aumenta o desafio de obter o quadro completo.

Ter um vislumbre do quadro completo requer, então, concessões - trocar a precisão na determinação de uma propriedade por mais precisão na outra. Contudo, alcançar a melhor imagem completa possível permitida pelos limites de 'troca' impostos pelas leis da física quântica é uma tarefa assustadora.

Agora, os especialistas da Universidade de Bristol acreditam ter demonstrado uma maneira muito mais fácil de contornar esse desafio. Trabalho deles, publicado na revista Optica, pode ter implicações para o futuro da segurança da informação, a ciência biomédica e outros campos de estudo onde avanços sofisticados estão cada vez mais contando com a capacidade de incorporar e medir as propriedades dos sistemas quânticos.

A solução idealizada por pesquisadores do Quantum Engineering Technology Labs de Bristol envolve uma fibra óptica especialmente projetada que pode gerar fótons únicos de forma anunciada, permitindo-lhes medir um fóton de cada vez usando um procedimento de medição elegantemente simples baseado em um análogo de um cara ou coroa. Seu experimento determinou simultaneamente duas propriedades de polarização complementares de um único fóton e alcançou a melhor "imagem completa" possível permitida pelos limites de compensação impostos pelas leis da física quântica.

"Até que conseguíssemos, não era bem conhecido que tais medições simultâneas limitadas por quantum em um único fóton qubit poderiam ser realizadas com uma configuração básica de forma tão simples, "disse o Dr. Adetunmise Dada, Pesquisador Associado Sênior nos Laboratórios de Tecnologia de Engenharia Quântica de Bristol, e autor principal do artigo.

"Nossas descobertas lançam luz sobre os limites de quanto podemos aprender sobre as diferentes propriedades complementares dos sistemas quânticos usando configurações práticas de medição. Também está relacionado a quão bem podemos confiar na segurança da informação fornecida por protocolos quânticos em implementações do mundo real, já que os mesmos princípios governam os limites das informações que podem ser hackeadas por um intruso na distribuição de chaves quânticas. "

Próximo, os pesquisadores planejam expandir ainda mais os limites da compreensão quântica, testando se sua metodologia poderia ser aplicada para medir várias propriedades incompatíveis e em estados quânticos de grande escala, implementado em uma plataforma óptica integrada de silício, que é uma abordagem promissora para realizar estados quânticos multidimensionais codificados no grau de liberdade do caminho de fótons individuais.