Forskare har identifierat en metod för att skapa flera kopior av kvantinformation genom att kryptera dem med en engångsdekrypteringsnyckel, och kringgå no-cloning-teoremet. Detta tillvägagångssätt, utvecklat av Achim Kempf och kollegor vid University of Waterloo, testades på en IBM kvantdator. Tekniken kan förbättra redundans i kvantdator- och lagringsystem.
No-cloning-teoremet, fastställt på 1980-talet, anger att kvanttillstånd inte kan kopieras utan att förstöra deras egenskaper, en princip grundläggande för kvantkryptering och säkerhetsprotokoll. nnAchim Kempf vid University of Waterloo i Kanada, tillsammans med sitt team, har demonstrerat en kringgående: klona kvantsystem genom att kryptera informationen och para den med en engångsdekrypteringsnyckel. «Du kan göra många kopior och skapa redundans på detta sätt, men du måste kryptera kopiorna, och dekrypteringsnyckeln kan bara användas en gång», förklarade Kempf. Detta säkerställer kompatibilitet med teoremet, eftersom endast en okrypterad, läsbar kopia existerar åt gången. nnIdén uppstod från forskning om kvant-WiFi eller radiosystem, där flera mottagare annars skulle bryta mot teoremet genom att ta emot identisk kvantdata. Teamet fann att kvantbrus effektivt krypterar informationen, som kan utnyttjas medvetet och vändas. Efter teoretisk bevis implementerades protokollet på en IBM Heron 156-kvbit kvantdator, vilket producerade hundratals krypterade kvbitkloner. «Faktum är att vi tog slut på utrymmet på IBM-processorn. Den rymmer bara 156 kvbiter men vi uppskattade att vi kan göra mer än 1000 krypterade kloner innan [felen] stoppar oss», noterade Kempf. Metoden visar motståndskraft mot brus och fel vanliga i dagens kvantmaskinvara. nnPotentiella tillämpningar inkluderar kvantmolnlagring, liknande klassiska system som Dropbox, som replikerar data över flera platser för tillförlitlighet. «Om du skickar en fil till Dropbox sparar den dina data minst tre gånger på tre olika datorer som är geografiskt åtskilda, så att om en drabbas av eld, en annan av översvämning, finns en god chans att den tredje överlever», sade Kempf. «Man trodde tidigare att man inte kunde göra det med kvantinformation, eftersom man inte kan klona den. Men vi har visat att man kan.» nnAleks Kissinger vid University of Oxford beskrev det som «ett intressant kvantkryptografiskt protokoll» användbart för redundans i kvantkommunikation. Han förtydligade: «Det är inte så mycket kloning som en sorts spridning av [kvant]tillståndet till massor av andra parter, på ett sätt att någon av dem senare kan få tillbaka det.» Kempf instämde: «Det är inte kloning. Det är krypterad kloning. Det är bara en förfining av no-cloning-teoremet.» nnResultaten publiceras i Physical Review Letters (DOI: 10.1103/y4y1-1ll6) och arXiv (arXiv:2602.10695).