Квантовые вычисления: ограничения ресурсов меняют понимание запутанности

Международная исследовательская группа под руководством профессора Свободного университета Берлина Йенса Айзерта представила исследование, которое может изменить понимание квантовой запутанности. Работа опубликована в журнале Nature Physics в специальный для квантовой науки 2025 год, объявленный ЮНЕСКО Международным годом квантовой науки и технологий.

Исследование «Теория запутанности с ограниченными вычислительными ресурсами» показывает, что практическое применение квантовой запутанности, особенно в квантовых вычислениях, более ограничено, чем считалось ранее, даже в идеальных условиях.

«Долгое время наше понимание запутанности строилось на идеализированных предположениях, — говорит Айзерт. — Наша работа показывает, что фундаментальные расхождения возникают в ключевых измерениях квантовых вычислений при выполнении в реалистичных, то есть эффективных условиях».

Учёные ввели две новые ключевые характеристики в квантовой физике: вычислимо дистиллируемую запутанность и вычислительную стоимость запутанности. Эти показатели количественно оценивают скорость запутанности в квантовых состояниях в форме запутанных битов при определённых ограниченных условиях.

Исследование может фундаментально изменить понимание того, как обрабатывается квантовая информация, и подчёркивает важность учёта вычислительных ресурсов при выполнении этих задач. Айзерт также отмечает, что результаты указывают на определённое противоречие в квантовой теории, которое до сих пор оставалось незамеченным из-за недостаточного взаимодействия между экспертами по теории запутанности и специалистами по квантовым алгоритмам.

Квантовая механика, основы которой были заложены в 1920-х годах, стала фундаментальной теорией в физике, объясняющей поведение материи и света в атомном масштабе. Квантовая запутанность, когда частицы могут быть взаимосвязаны на огромных расстояниях, является центральным аспектом квантовой механики и проложила путь для многих современных технологических достижений, включая квантовые компьютеры и безопасную связь.