Пронађена је рупа која омогућава квантно клонирање

У квантној механици, идеја да се квантна информација не може дуплирати је гвоздена – или је барем била. Изненађујући приступ прављења резервних копија кубита, основних јединица квантних рачунара, чини се да омогућава заобилажење овог фундаменталног закона физике.

Теорему о забрани клонирања први су открили истраживачи 1980-их. Каже да се квантна стања која описују све информације о систему не могу копирати. Покушај мерења информација да бисте их копирали једноставно би уништио деликатна квантна својства која желите да измерите. Ова чињеница се показала важном за квантне технологије попут енкрипције, што доводи до једноставних протокола који спречавају копирање и хаковање информација.

Ацхим Кемпф на Универзитету Ватерло у Канади и његове колеге су сада показали да се квантни систем, у ствари, може клонирати, све док су информације о њему шифроване и затворене посебним, једнократним кључем за дешифровање.

„Можете да направите много копија и генеришете редундантност на овај начин, али морате да шифрујете копије, а кључ за дешифровање се може користити само једном“, каже Кемпф. „Ово га чини компатибилним са теоремом без клонирања, јер каже да може постојати само једна јасна, очигледна, читљива, нешифрована копија кубита.

Кемпф и његов тим дошли су до овог изненађујућег закључка након што су радили на наизглед неповезаном проблему – како би квантни Ви-Фи или радио станица могли да раде. Ово је нешто што је немогуће према традиционалној теореми о забрани клонирања јер би више пријемника добило исте идентичне квантне информације.

Али када су Кемпф и његове колеге погледали како ће насумичне флуктуације или шум утицати на копије информација које примаоци виде, схватили су да би њихов систем могао да функционише. „Мислили смо, шта дођавола? Зашто се чини да се квантни шум петља са теоремом о забрани клонирања?“

Након што су пажљивије анализирали проблем, Кемпф и његов тим су схватили да је бука деловала као ефикасан механизам за шифровање, искривљавајући оригиналну поруку, али на начин који се може преокренути. Ако је то учињено намерно, могло би се искористити као алат.

Када су теоретски доказали овај резултат, тим је показао да овај протокол може да ради на правом ИБМ Херон 156-кубитном квантном рачунарском процесору.

Пошто је техника прилично отпорна на буку и грешке које су свеприсутне у данашњим квантним рачунарима, Кемпф и његов тим су открили да могу да направе стотине шифрованих клонова појединачних кубита, понављајући процес изнова и изнова. „У ствари, понестало нам је некретнина на ИБМ процесору. Он садржи само 156 кубита, али смо проценили да можемо да урадимо више од 1000 шифрованих клонова пре него што нас (грешке) натерају да станемо.“

Ова модификација теореме без клонирања могла би се користити за квантно складиштење у облаку или рачунарску услугу, каже Кемпф. „Ако пошаљете датотеку у Дропбок, он ће сачувати ваше податке најмање три пута на три различита рачунара која су географски одвојена, тако да ако један буде погођен пожаром, а други поплавом, постоји велика шанса да трећи преживи“, каже Кемпф. „Некада се мислило да то не можете да урадите са квантним информацијама, јер их не можете клонирати. Али оно што смо показали је да то можете да урадите.“

„То је занимљив квантни криптографски протокол“, каже Алекс Кисинџер на Универзитету у Оксфорду, и могао би да се користи у квантној комуникацији где вам је потребна извесна редундантност у информацијама које се преносе. Међутим, то не утиче на оригиналну теорему о забрани клонирања јер метода Кемпфа и његовог тима очигледно није клонирање, каже он. „То није толико клонирање колико врста ширења (квантног) стања на многе друге странке, на начин да би било која од тих партија касније могла да га врати“, каже Кисинџер. „То је паметан трик, али ја лично то не бих назвао клонирањем.“

Кемпф се слаже. „То није клонирање. То је шифровано клонирање“, каже он. „То је само прецизирање теореме о забрани клонирања.“