Потерянные квантовые данные оказалось возможно восстановить: физики
Квантовые компьютеры считаются технологией, способной радикально ускорить вычисления в отдельных задачах. Они могут решать сложные проблемы быстрее классических машин, особенно в химии, криптографии и моделировании материалов. Однако у этой технологии есть слабое место — потеря информации из-за так называемого квантового перемешивания.
Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне сообщили о подходе, который позволяет частично восстанавливать данные, «размазанные» по системе. Работа опубликована в Physical Review Letters.
Кубиты и основа квантовых вычислений
В классических компьютерах информация хранится в битах — 0 или 1. В квантовых системах используются кубиты, которые могут находиться в состоянии 0, 1 или их комбинации одновременно. Это явление позволяет резко расширить вычислительные возможности.
Но та же особенность делает систему крайне чувствительной. Любое взаимодействие между кубитами приводит к сложной динамике, где информация перестает быть локальной.
Что такое квантовое перемешивание
Квантовое перемешивание возникает, когда информация, записанная в кубитах, начинает распространяться по всей квантовой системе. В результате исходные данные как будто исчезают, хотя на самом деле они лишь становятся крайне распределенными.
Томас Скаффиди, ведущий автор исследования, объясняет:
«Моя работа направлена на понимание того, как происходит это перемешивание квантовой информации и как оно возникает. Мы пытаемся определить, сохраняется ли эта информация в какой-либо форме и можем ли мы полностью обратить вспять процесс перемешивания» Он же уточняет проблему практического характера: «Если вы попытаетесь локально закодировать некоторую информацию в кубитах, через некоторое время возникнет эффект перемешивания — закодированная информация распространится по многим кубитам и будет фактически потеряна, и вы не сможете ее восстановить»
Почему информация не исчезает
Несмотря на «потерю», фундаментальные законы физики предполагают обратимость микропроцессов. Это значит, что информация не уничтожается, а распределяется по системе в сложной форме.
Скаффиди объясняет это через физическую аналогию:
«На микроскопическом уровне наша Вселенная, по-видимому, обратима во времени, поэтому, если вы представите себе столкновение двух частиц, и посмотрите фильм о столкновении двух частиц, то фильм будет выглядеть осмысленно, если его проиграть вперед или назад»
Именно эта идея стала ключом к новому подходу.
Как удалось найти способ восстановления
Аспирант Ришик Перугу показал, что подобное обратимое поведение можно использовать в квантовых системах. Если точно настроить параметры взаимодействия, можно «развернуть» процесс перемешивания и вернуть информацию в исходную область.
Это не простая операция: требуется крайне точный контроль над всеми элементами системы, но главное это возможно.
Скаффиди подчеркивает:
«Это очень универсальное свойство. Вывод таков: его можно обратить вспять, но для этого требуется чрезвычайно точная настройка и очень высокий уровень контроля над вашей системой»
Что это меняет для квантовых технологий
Если такие методы удастся масштабировать, они могут существенно повысить устойчивость квантовых вычислений. Это критично для реальных приложений, где потеря информации ограничивает развитие технологий. Исследование также показывает, что квантовые системы сложнее, чем кажется: даже «потерянные» данные могут быть восстановлены при правильном управлении динамикой.
Физики научились измерять квантовую запутанность в твердом теле
Квантовый компьютер на основе кремния впервые выполнил логические операции
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX