Квантовите компютри се смятат за технология, способна радикално да ускори изчисленията при решаването на определени задачи.

Те могат да се справят със сложни проблеми по-бързо от класическите машини, особено в области като химия, криптография и моделиране на материали.

Тази технология обаче има и слабо място – загубата на информация поради така нареченото квантово размесване.

Изследователи от Калифорнийския университет в Ървайн обявиха, че са разработили подход, който позволява частичното възстановяване на данни, „разпръснати“ из системата.

Тяхната работа е публикувана в престижното издание Physical Review Letters.

Кубитите и основата на квантовите изчисления

В класическите компютри информацията се съхранява в битове, които могат да бъдат 0 или 1.

В квантовите системи се използват кубити, които могат да съществуват едновременно в състояние 0, 1 или в комбинация от двете.

Това явление, известно като суперпозиция, позволява драстично разширяване на изчислителните възможности.

Същата тази особеност обаче прави системата изключително чувствителна. Всяко взаимодействие между кубитите води до сложна динамика, при която информацията престава да бъде локална.

Какво представлява квантовото размесване?

Квантовото размесване е процес, при който информацията, записана в определени кубити, започва да се разпространява из цялата квантова система.

В резултат на това първоначалните данни сякаш изчезват, въпреки че всъщност те просто стават силно разпределени и недостъпни.

Томас Скафиди, водещият автор на изследването, обяснява: „Работата ми е насочена към разбирането на това как се случва това размесване на квантова информация и как възниква то. Опитваме се да определим дали тази информация се запазва под някаква форма и дали можем напълно да обърнем процеса на размесване.“

Той уточнява и практическия проблем: „Ако се опитате да кодирате локално някаква информация в кубити, след известно време ще възникне ефектът на размесване – кодираната информация ще се разпространи в много кубити и на практика ще бъде изгубена, без да можете да я възстановите.“

Защо информацията не изчезва напълно?

Въпреки привидната „загуба“, фундаменталните закони на физиката предполагат, че микропроцесите са обратими.

Това означава, че информацията не се унищожава, а се преразпределя в системата под сложна форма.

Скафиди илюстрира това с физическа аналогия: „На микроскопично ниво нашата Вселена изглежда обратима във времето. Ако си представите сблъсък на две частици и гледате филм за него, този филм ще изглежда смислен, независимо дали го пуснете напред или назад.“

Именно тази идея се оказва ключът към новия подход.

Как е открит методът за възстановяване?

Аспирантът Ришик Перугу е демонстрирал, че подобно обратимо поведение може да се използва и в квантовите системи.

Ако параметрите на взаимодействие се настроят прецизно, процесът на размесване може да бъде „обърнат“ и информацията да се върне в първоначалната си област.

Това не е проста операция – тя изисква изключително точен контрол над всички елементи на системата, но най-важното е, че е възможна.

Скафиди подчертава: „Това е много универсално свойство. Изводът е, че процесът може да бъде обърнат, но за целта са необходими изключително прецизна настройка и много високо ниво на контрол над системата.“

Какво означава това за квантовите технологии?

Ако тези методи бъдат успешно приложени в по-голям мащаб, те могат съществено да повишат устойчивостта на квантовите изчисления.

Това е от решаващо значение за реалните приложения, където загубата на информация ограничава развитието на технологиите.

Изследването също така показва, че квантовите системи са по-сложни, отколкото изглеждат: дори „изгубени“ данни могат да бъдат възстановени при правилно управление на динамиката.