Исследователи из Института квантовых вычислений Университета Ватерлоо в Канаде представили метод, позволяющий создавать резервные копии квантовой информации, что ранее считалось невозможным из-за фундаментального принципа «отсутствия клонирования». Разработка открывает путь к созданию надёжных облачных хранилищ для квантовых данных — аналогов Dropbox или Google Drive в квантовой эре.
Квантовые вычисления, основанные на кубитах, обещают экспоненциальный рост вычислительной мощи по сравнению с классическими суперкомпьютерами. В отличие от обычных битов, кубиты могут существовать в суперпозиции множества состояний, что позволяет хранить и обрабатывать колоссальные объёмы информации. Однако ключевая особенность кубитов — невозможность их точного копирования без разрушения исходного состояния, известная как теорема о запрете клонирования. Это одновременно является и преимуществом для защиты данных, и серьёзным препятствием для их резервного копирования.
До сих пор учёные пытались обойти это ограничение с помощью методов несовершенного или вероятностного клонирования, но такие подходы часто приводят к накоплению ошибок. Новое решение, предложенное профессором Ахимом Кемпфом, занимающим кафедру физики информации и искусственного интеллекта, и бывшим постдокторантом университета Кодзи Ямагути, кардинально меняет ситуацию.
Исследователи обнаружили, что копирование квантовой информации возможно во время процесса её шифрования. После создания зашифрованных копий можно безопасно хранить любое их количество. Ключевой элемент метода — использование одноразового ключа для расшифровки. Когда пользователь выбирает и расшифровывает одну из копий, ключ автоматически аннулируется, что предотвращает несанкционированный доступ к остальным копиям и сохраняет целостность данных.
«Этот метод позволяет обойти теорему о невозможности клонирования, поскольку после выбора и расшифровки одной из зашифрованных копий ключ расшифровки автоматически перестаёт действовать — он является одноразовым», — пояснил Кодзи Ямагути.
Новый подход открывает перспективы для создания безопасных квантовых облачных сервисов, где данные можно будет надёжно хранить и извлекать по мере необходимости.