Ученые из Института квантовой информатики Университета Калгари впервые смогли восстановить оригинал из несовершенной копии фотона.

Одна из ключевых особенностей квантовой информации заключается в том, что в отличие от почти всех других типов информации, она не может быть идеально скопирована. Например, нельзя создать фотон и сделать множество его идеальных копий в таком же квантовом состоянии. Это может показаться незначительным явлением, но на самом деле это очень важный момент.

Дело в том, что если бы идеальное копирование было возможным, то среди прочего можно было бы посылать сигналы быстрее, чем скорость света, что «запрещено» теорией относительности Эйнштейна.

На протяжении многих лет ученые экспериментируют с идеей квантового копирования и, наконец, добились определенных успехов.

Исследователи нашли способ восстановить оригинал фотона, используя его несовершенную копию, и даже предложили способ, как осуществить это на практике.

Суть предлагаемого эксперимента заключается в создании множества несовершенных копий фотона, которые затем претерпевают обратную трансформацию и восстанавливают исходный фотон, т.е. оригинал.

По мнению ученых, эксперимент даст четкое доказательство того, что квантовая информация сохраняется в копиях.

«Копирование информации – очень важная часть нашей повседневной жизни, – говорит один из авторов исследования доктор Кристоф Саймон. – Подумайте, как распространены копировальные аппараты: факсы, сканеры. Физики были удивлены, когда поняли, что для квантовых систем копирование невозможно, по крайней мере, не в классическом понимании этого слова».

Ученый имеет в виду несовершенное копирование фотонов. Это как если бы каждая ксерокопия документа имела изъяны, которые отличают ее от оригинала. Тем не менее, ученые считают, что несмотря на «изъяны», квантовая информация сохраняется при копировании фотонов. Копии фотонов могут быть несовершенными, но их можно восстановить в исходное состояние – то есть по сути полностью восстановить «оригинал».

Этот своеобразный «обходной путь» копирования квантовой информации может найти широкое применение в науке и технике. В частности, резко возрастет точность измерений на основе квантовой физики для образцов, которые имеют очень низкую контрастность, например, живых клеток.

Разумеется, технология квантового копирования способна открыть новые горизонты в электронике и коммуникациях.

«На фундаментальном уровне наш мир управляется не классической физикой, а квантовой, – говорит Кристоф Саймон. – Мы пытаемся использовать новые знания для понимания ключевых понятий, таких как информация, и разработки революционных квантовых технологий».