Вчені подолали фундаментальне обмеження квантових обчислень: неможливість прямого копіювання квантової інформації. Дослідники з Університету Ватерлоо та Університету Кюсю продемонстрували перший метод створення надлишкових, зашифрованих резервних копій кубітів, відкриваючи шлях для безпечного квантового хмарного сховища та надійної квантової інфраструктури.
Теорема про неклонування та її наслідки
Квантова механіка традиційно забороняє точне дублювання невідомого квантового стану, принцип, відомий як теорема про неклонування. Це стало основною перешкодою для розробки практичних квантових систем, оскільки надмірність (необхідна для безпеки даних і надійності в класичних обчисленнях) здавалася неможливою. Без резервних копій квантова інформація за своєю суттю є крихкою та вразливою до втрати чи пошкодження.
Як працює Breakthrough: шифрування як обхідний шлях
Новий метод не порушує теорему про неклонування; він обходить її. Замість того, щоб копіювати безпосередньо, дослідники шифрують кубіти під час їх реплікації, створюючи кілька зашифрованих версій одного квантового біта. Доктор Ахім Кемпф пояснив цю техніку за допомогою аналогії з паролем: «Це як обмін паролем між двома людьми; ніхто з них не може використовувати його окремо, але коли об’єднати його, він стає цінним».
Одноразові ключі забезпечують безпеку
Шифрування покладається на одноразові ключі для дешифрування. Після розшифрування копії термін дії ключа закінчується, що запобігає несанкціонованому дублюванню. Це гарантує, що при досягненні надмірності зберігається базова безпека квантової інформації. Цей метод ефективно обходить теорему про заборону клонування без шкоди для цілісності даних.
Шлях до квантових хмарних сервісів
Наслідки цього прориву значні. Доктор Кемпф підкреслив потенціал «квантового Dropbox, квантового Google Drive або квантового STACKIT» — безпечного квантового хмарного сховища, де резервна копія інформації надлишкова на кількох серверах. Здатність надійно зберігати та отримувати квантові дані має вирішальне значення для масштабування квантових обчислень за межі експериментальних прототипів. Квантова заплутаність, коли кубіти можуть обмінюватися інформацією експоненціально зростаючими способами (100 кубітів обмінюються 2100 способами), робить це ще потужнішим.
Майбутні перспективи
Це дослідження, яке буде опубліковано в Physical Review Letters, є критичним кроком до створення практичної квантової інфраструктури. Цей метод забезпечує життєздатний спосіб обійти теорему про заборону клонування, дозволяючи розробляти безпечні та масштабовані квантові хмарні сервіси, які раніше вважалися неможливими.
«Ми знайшли обхідний шлях для теореми про неклонування квантової інформації», — сказав доктор Ямагуті. «Виявляється, якщо ми шифруємо квантову інформацію під час її копіювання, ми можемо зробити скільки завгодно копій».
Ця розробка має прискорити застосування квантових обчислень у реальному світі, наближаючи нас до майбутнього, де квантові технології зможуть вирішувати проблеми, які раніше були нерозв’язними.
