Výzkumníci objevili způsob, jak obejít dlouhotrvající neklonovací teorém v kvantové mechanice, což účinně umožňuje duplikaci kvantové informace za určitých podmínek. Průlom, vedený Achimem Kempfem z University of Waterloo, ukazuje, že qubity – základní jednotky kvantového počítání – lze klonovat za předpokladu, že jsou informace zašifrovány jednorázovým dešifrovacím klíčem.
Věta o neklonování a její omezení
Po celá desetiletí byl teorém o neklonování základním kamenem kvantové fyziky. Poprvé byla založena v 80. letech 20. století a uvádí, že neznámý kvantový stav nelze dokonale zkopírovat. Jakýkoli pokus měřit a reprodukovat informace nevyhnutelně ničí křehké kvantové vlastnosti, které je činí cennými. Tento princip je základem mnoha protokolů kvantového šifrování, které zajišťují, že data nemohou být zachycena a duplikována bez detekce.
Kempfův tým však našel řešení: šifrování kvantových informací před kopírováním. Šifrovací klíč je jedinečný a jednorázový, což znamená, že v daném okamžiku může existovat pouze jedna jasná, nezašifrovaná kopie qubit, přičemž je zachována kompatibilita s původním záměrem teorému.
Jak funguje šifrované klonování
Objev pochází z výzkumu kvantové Wi-Fi, konceptu, který byl dříve považován za nemožný kvůli teorému o neklonování. Tým si uvědomil, že náhodné výkyvy (šum) v systému fungují jako přirozený šifrovací mechanismus, který zamíchá původní zprávu a zároveň umožní zvrátit proces dešifrování. Záměrným využitím tohoto šumu vyvinuli protokol k vytvoření více šifrovaných kopií.
Metoda byla testována na skutečném kvantovém počítači IBM Heron a úspěšně generovala stovky zašifrovaných klonů jednotlivých qubitů. Tým odhaduje, že mohou vyrobit více než 1 000, než se chybovost stane neúnosně vysokou.
Důsledky pro kvantové výpočty a úložiště
Tento průlom má významné důsledky pro kvantová cloudová úložiště a výpočetní techniku. Jak vysvětluje Kempf, tato technika odráží tradiční systémy zálohování dat, jako je Dropbox, kde se soubory replikují na více serverů, aby se zabránilo ztrátě dat.
“Pokud odešlete soubor do Dropboxu, uloží vaše data alespoň třikrát na tři různé počítače, geograficky oddělené, takže pokud jeden zachvátí požár, druhý se dostane do záplavy, je velká šance, že třetí přežije. Dříve to tak nebylo s kvantovými informacemi, protože je nebylo možné naklonovat. Ale ukázali jsme, že je to možné.”
Je to opravdu klonování?
Někteří odborníci, jako Alex Kissinger z Oxfordské univerzity, tvrdí, že nejde o skutečné klonování, ale spíše o chytré přerozdělení kvantového stavu. Proces nevytváří identické, nezávislé kopie; místo toho distribuuje informace mezi více stran, přičemž pouze jedna z nich je může nakonec zcela obnovit.
Kempf tuto nuanci uznává a nazývá to „šifrované klonování“ – spíše upřesnění než porušení původní věty. Hlavním závěrem je, že zatímco dokonalá duplikace zůstává nemožná, bezpečná replikace kvantových informací je nyní prokazatelně dosažitelná.
Tento objev zdůrazňuje vyvíjející se chápání kvantové mechaniky a jejích praktických aplikací. Přestože metoda neporušuje základní fyzikální zákony, rozšiřuje možnosti budování spolehlivějších a chybově odolných kvantových systémů.
