科学者らが、ワンタイム復号鍵で量子情報を暗号化することで複数のコピーを作成する方法を特定し、ノークローニング定理を回避した。この手法は、ウォータールー大学のAchim Kempf氏と同僚らが開発し、IBMの量子プロセッサでテストされた。この技術は、量子コンピューティングおよびストレージシステムの冗長性を向上させる可能性がある。
ノークローニング定理は1980年代に確立され、量子状態はそれらの性質を破壊せずに複製できないというものであり、量子暗号化およびセキュリティプロトコルの基礎原理である。 nnカナダのウォータールー大学のAchim Kempf氏とチームは、回避策を実証した：情報を暗号化し、1回限りの復号鍵とペアリングすることで量子システムをクローニングする。「多くのコピーを作成してこの方法で冗長性を生成できますが、コピーを暗号化しなければならず、復号鍵は1回しか使用できません」とKempf氏は説明した。これにより、定理との互換性が確保され、一度に1つの復号化された読み取り可能なコピーしか存在しない。 nnこのアイデアは、量子Wi-Fiまたは無線システムの研究から生まれた。そこで複数の受信機が同一の量子データを取得することで定理に違反するのを避けるためである。チームは、量子ノイズが情報を効果的に暗号化することを発見し、これを意図的に活用し反転させる。理論的証明の後、彼らはIBM Heron 156量子ビットプロセッサでプロトコルを実装し、数百の暗号化された量子ビットクローンを生成した。「実際、IBMプロセッサのスペースが尽きました。それは156量子ビットしか持たず、[エラー]が止める前に1000以上の暗号化クローンが可能だと推定しました」とKempf氏は述べた。この方法は、現在の量子ハードウェアで一般的なノイズとエラーに耐性があることを示す。 nn潜在的な応用には、Dropboxのような古典システムに似た量子クラウドストレージが含まれる。これは信頼性のためデータを複数のサイトに複製する。「Dropboxにファイルを送信すると、データを地理的に離れた3台以上の異なるコンピューターに少なくとも3回保存します。1台が火災に遭っても、もう1台が洪水に遭っても、3台目が生き残る可能性が高いです」とKempf氏。「量子情報ではクローニングできないのでできないと思われていましたが、我々が示したのは可能です。」 nnオックスフォード大学のAleks Kissinger氏は、これを「量子通信の冗長性に有用な興味深い量子暗号プロトコル」と評した。彼は「クローニングというより、[量子]状態を多くの他の当事者に広げるようなものであり、そのいずれかの当事者が後で回復できるようにした」と明確にした。Kempf氏は同意：「クローニングではありません。暗号化クローニングです。ノークローニング定理の洗練に過ぎません。」 nn結果はPhysical Review Letters (DOI: 10.1103/y4y1-1ll6)およびarXiv (arXiv:2602.10695)に掲載されている。