Вчені знайшли спосіб копіювати квантову інформацію

Науковці з Університету Ватерлоо в Канаді та Університету Кюсю в Японії розробили перший метод створення зашифрованих копій кубітів. Це досягнення стало важливим кроком до практичного впровадження квантових хмарних сервісів та безпечної квантової інфраструктури.

У квантовій механіці діє теорема про неможливість клонування, яка стверджує, що неможливо створити ідентичну копію невідомого квантового стану. Доктор Ахім Кемпф з Університету Ватерлоо та доктор Коджі Ямагучі з Університету Кюсю підкреслюють, що це базове правило залишається чинним. Натомість вони демонструють метод, який створює багато зашифрованих версій одного квантового біта.

Доктор Кемпф пояснює, що цей прорив дозволить створити квантове хмарне сховище, схоже на квантовий аналог популярних сервісів для зберігання даних. Така система безпечно зберігатиме однакову квантову інформацію на кількох серверах як резервну та зашифровану копію. Це важливий крок у розбудові інфраструктури квантових обчислень.

Квантові обчислення мають величезний потенціал, особливо для розв'язання надзвичайно складних задач, але також створюють унікальні виклики. Одна з найскладніших проблем квантових обчислень пов'язана саме з теоремою про неможливість клонування, яка стверджує, що квантову інформацію не можна копіювати безпосередньо через делікатний спосіб її зберігання.

За словами дослідника, квантова інформація працює подібно до розділеного пароля. Якщо у вас є перша половина пароля, а у друга — друга половина, жоден з вас не може використати його окремо. Але якщо об'єднати обидві половини, ви отримаєте цінний пароль. У подібному сенсі кубіти є особливими, оскільки можуть ділитися інформацією таким чином, що її обсяг зростає при їх поєднанні.

Один кубіт сам по собі містить небагато інформації, але коли кубіти пов'язані разом, вони можуть зберігати величезний обсяг інформації, яка з'являється лише при їх з'єднанні. Ця унікальна здатність утримувати спільну інформацію між кількома кубітами називається квантовою заплутаністю. Сто кубітів можуть ділитися інформацією у двісті способів одночасно, що дозволяє їм зберігати таку кількість заплутаної інформації, яку всі сучасні класичні комп'ютери не змогли б вмістити.

Доктор Ямагучі повідомляє, що команда знайшла обхідний шлях для теореми про неможливість клонування квантової інформації. Виявилося, що якщо шифрувати квантову інформацію під час копіювання, можна створювати стільки копій, скільки потрібно. Цей метод здатний обійти теорему, оскільки після вибору та розшифрування однієї із зашифрованих копій ключ розшифрування автоматично втрачає чинність. Це ключ одноразового використання, але навіть він відкриває важливі застосування, зокрема резервні та зашифровані квантові хмарні сервіси.

Результати дослідження буде опубліковано у журналі Physical Review Letters.