Как двама физици доказаха невъзможното: съществува точна формула за изчистване на квантовото заплитане

Бяха необходими 20 години, за да ,може от калта’ да се роди златото на бъдещето.

Теоретични физици от Япония и Нидерландия направиха пробив в квантовите технологии, като намериха точния математически израз за ключовия процес – дестилацията на заплитането. Това може да допринесе за създаването на по-стабилни и мощни квантови устройства, включително компютри и комуникационни системи.

Заплитането е странно квантово явление, при което частиците, дори когато са на огромни разстояния една от друга, се държат като едно цяло. То е в основата на редица обещаващи квантови технологии. Въпреки това е изключително трудно да се постигне перфектно, „чисто“ заплитане в реални условия. Физическите ограничения и шумовете в оборудването водят до факта, че получените състояния са далеч от идеалните.

За да се реши този проблем, се използва процес, наречен дестилация на заплитането. Същността му се състои в това да се получат по-малък брой максимално заплетени състояния от голям брой „нечисти“ и слабо заплетени състояния. Този метод е от решаващо значение, но да се изчисли колко добре работи е изключително трудна задача. Досега подобни изчисления бяха успешни само в определени, строго дефинирани случаи.

Сега учените Бартош Регула от Центъра за квантови изчисления RIKEN и Лудовико Лами от Амстердамския университет са успели да получат точния израз за скоростта на дестилация на заплитането при по-малко строги условия. Това е едва вторият случай в историята, когато подобно изчисление е станало възможно. Работата е публикувана в списание Nature Communications.

Оказва се, че този резултат е свързан с идеи, обсъждани преди 20 години. Тогава в редица статии се изказваше предположението, че съществува връзка между дестилацията на заплитането и концепцията за относителната ентропия. По-късно обаче в първоначалните доказателства бяха открити грешки и темата за дълго време остана в сянка. Новият успех би могъл да върне тези стари идеи към живот на съвсем ново ниво.

„Предполагахме, че може да има такава връзка, но все пак бяхме приятно изненадани, когато получихме точния израз“, казва Регула.

Разбира се, все още е твърде рано това откритие да бъде приложено на практика. За да се види ефектът, ще е необходимо да се управляват много квантови състояния едновременно – много по-голям брой, отколкото могат да си позволят съвременните експерименти. Но самият факт, че теорията изпреварва практиката, в този случай е добър знак. В края на краищата инженерите и експериментаторите вече имат ясна цел, към която да се стремят. Това откритие може да отвори съвсем нова глава в областта на квантовите технологии и да ускори създаването на по-съвършени квантови компютри.