Физиците хакнаха физиката. Квантовите данни вече могат да се копират (почти легално)

Методът изглежда прекрасно на хартия, но предстоят тестове в реални системи.

Представете си електронен облак, в който можете да съхранявате не само обикновени файлове, но и квантови състояния и да правите резервни копия. Обикновено това звучи като научна фантастика, защото квантовата информация не може просто да се вземе и да се дублира, всеки опит за „копиране“ нарушава нейното първоначалното състояние. Но изследователи от Института за квантови изчисления към Университета във Ватерло заявиха, че са намерили начин да заобиколят това ограничение и са създали нещо подобно на резервно копие за квантовите данни.

Квантовите компютри работят с кубити, които са различни от познатите ни битове. Докато един бит е или 0, или 1, кубит може да бъде в суперпозиция, т.е. комбинация от състояния между 0 и 1. Именно поради това квантовите системи теоретично са в състояние да извършват някои изчисления много по-ефективно от класическите машини и затова се разглеждат като обещаваща платформа за задачи като моделиране на сложни молекули или оптимизация.

Кубитите обаче имат една неприятна особеност: при измерване тяхното състояние се променя. Това е в основата на така наречената теорема за забрана на клонирането. Тя е полезна например в квантовата комуникация, тъй като опитът за прихващане оставя следа. Но за съхранение и архивиране се превръща в проблем: не можете просто да направите дубликат на квантовото състояние и да го сложите „на рафта“, както правим с обикновените данни.

Екипът от Ватерло предлага заобиколен вариант: да се копира не „чистата“ квантова информация, а нейната криптирана версия, и това да става директно в процеса на криптиране. Както обясняват авторите, подобни криптирани копия могат да се създават толкова пъти, колкото е необходимо, без да се унищожават данните, тъй като те остават в защитена форма.

Ключовият елемент на идеята, казват изследователите, е в еднократния ключ за декриптиране. Когато потребителят избере едно от криптираните копия и го декриптира, ключът автоматично „изгаря“ и повече не може да се използва. Това, според авторите, позволява формално да не се нарушава забраната за клониране, но също така осигурява практически механизъм за съхраняване и възстановяване на квантовите данни в „квантовия облак“.

Резултатите са публикувани в списание Physical Review Letters. Ако подходът докаже своята приложимост в реални системи, той може да се превърне във важен градивен елемент за бъдещите квантови услуги, където квантовите състояния ще трябва не само да се обработват, но и да се съхраняват по сигурен начин.