Фізики показують, що неможливо маскувати квантову інформацію в кореляціях

Інформація зазвичай зберігається у фізичних системах, таких як пристрої пам'яті. Але в новому дослідженні фізики досліджували альтернативний спосіб зберігання і приховування інформації, який полягає в її зберіганні тільки в квантових кореляціях між двома або більше системами, а не в самих системах.

Ця ідея, яка називається «маскування», є способом зробити інформацію недоступною для всіх, не знищуючи її (оскільки знищення квантової інформації неможливо).

Хоча попередні дослідження показали, що можна маскувати класичну інформацію, в новому дослідженні фізики показують, що маскування квантової інформації для двох систем взагалі неможливо, за деякими винятками. Результати підкреслюють важливу відмінність між класичною та квантовою інформацією і - через винятки - можуть призвести до потенційних додатків для таємного обміну квантовою інформацією.

Фізики Каван Моді з Університету Монаша в Австралії разом з Аруном Кумаром Паті, Адіті Сен (Де) і Уджвалом Сеном з Дослідницького інституту Харіш-Чандра в Індії опублікували статтю про неможливість маскування квантової інформації в недавньому випуску Physical Review Letters.

Без маскування

«Квантова інформація багато в чому відрізняється від класичної інформації», - сказав Арун Паті виданню Phys.org. "Дослідники роздумували над цим питанням з перших днів квантової інформації і придумали кілька важливих результатів (теорем), таких як відсутність копіювання, відсутність видалення і приховування.

Як показують їхні назви, ці теореми забороняють копіювання, видалення і приховування квантової інформації - всі операції, які допустимі для класичної інформації. Різниця виникає тому, що теореми «No-go» виникають безпосередньо з фундаментальних законів квантової механіки і тому не мають класичних аналогів, що говорить про те, що квантова інформація в деякому сенсі більш надійна, ніж класична.

Нове дослідження додає ще одну теорему «No-go» до списку: теорему No-masking. Фізики довели, що неможливо зіставити квантову інформацію (у вигляді квантових станів) з однієї фізичної системи, A, з квантовими кореляціями між A і другою фізичною системою, B, таким чином, щоб ні A, ні B не містили цю інформацію. Тобто неможливо повністю зберігати квантову інформацію в кореляціях, в деякому сенсі «розподіляючи її» між двома системами.

"У процесі маскування ми задаємо питання: якщо квантова інформація не існує ні в підсистемі А, ні в підсистемі В, чи може ця інформація залишатися тільки в квантових кореляціях, які Ейнштейн називав «моторошними»? - кажуть вчені. «Маскування має багато спільного з повним захистом інформації в обох підсистемах, так що неможливо зчитувати або A, або B. Потім ми доводимо, що якщо квантова інформація сліпа для обох підсистем A і B, і ми хочете, щоб інформація приховувалася тільки в» моторошній «кореляції, то це не допускається квантовою механікою».

Наслідки неможливості

Одним із наслідків нових результатів є те, що вони показують, що неможливо розробити «протокол зобов'язань кубітів», який узагальнює знамениті результати «без біт-зобов'язань». Ця лінія досліджень стосується питання про те, чи може одна сторона взяти на себе зобов'язання вибрати стан біта (0 або 1) або - в новому результаті - кубіту (0, 1 або суперпозиція обох).

Попередні дослідження показали, що зобов'язання неможливе для біт, і нове дослідження тепер додає, що це неможливо і для кубітів. Це означає, що хтось завжди може обдурити, прикидаючись, що вибирає стан кубіт, але потім перемикається. Як пояснюють фізики, результати зобов'язань No-bit/qubit мають важливе значення для розробки безпечних протоколів квантового зв'язку.

«Одним з найбільш важливих наслідків теореми без маскування є те, що це призводить до нового результату неможливості, а саме до зобов'язання без кубіту», - говорять дослідники. "Оскільки неможливо приховати інформацію тільки в кореляціях, неможливо зробити Алісу і Боба сліпими до квантової інформації. Іншими словами, дві сторони не можуть бути сліпі одночасно, якщо квантова інформація кодується в спільних двудольних станах. Можна або бачити, або ні. У будь-якому випадку інформація не може зберігатися в секреті тільки в кореляціях. Це сильніше, ніж no-bit протокол ".

У майбутньому фізики планують додатково дослідити теорему без маскування і її виключення - масковані безлічі і часткові маски. «Це може виявитися корисним для розробки квантових інформаційних протоколів, які вимагають приховування і таємного обміну квантовою інформацією» - кажуть дослідники.