Квантовый коммуникационный протокол преодолел классический предел

Китайские ученые продемонстрировали новый протокол квантовых отпечатков пальцев (quantum fingerprinting) и показали, что он позволяет обойти классические ограничения при решении проблемы коммуникационной сложности. Эта проблема заключается в проверке на идентичность сообщений двух участников коммуникаций, которые пересылают третьей стороне — арбитру — минимальную необходимую для принятия решения.

Квантовые отпечатки пальцев позволяют идентифицировать и сравнивать последовательности данных используя их очень компактное представление. Эта концепция была предложена в 2001 г., но экспериментально была реализована лишь в нескольких протоколах. До сих пор лучшие протоколы коммуникационной сложности требовали передачи количества данных, на два порядка превышающего классический лимит.

В новой работе ученые показали, что протоколы квантовых отпечатков пальцев могут передавать меньше информации, чем классический предел, в некоторых случаях, меньше на 84%. Эти результаты устанавливают новый рекорд минимально допустимого объёма пересылки для любых типов протоколов коммуникационной сложности.

«Впервые мы продемонстрировали преимущество квантовой над классической обработкой информации применительно к коммуникационной сложности», — подчеркнул Цян Чжан (Qiang Zhang), физик Китайского научно-технического университета и Института квантовой технологии в Цзихани (Китай).

В качестве иллюстрации прикладного потенциала своей технологии, исследователи использовали новый протокол для пересылки 2-гигабитовых видеофайлов через оптоволоконный кабель длиной 20 км. Для этого потребовалось передать лишь около 1300 фотонов, что на 14% меньше классического предела.

Тем не менее, в его нынешнем виде протокол ещё непригоден для реальных приложений. В частности, он требует больше времени, чем классические протоколы, хотя и расходует меньше энергии. Кроме того, количество передаваемых фотонов растёт с увеличением длины канала, снижая квантовое преимущество. Эти и другие недочёты исследователи планируют устранить в ходе дальнейшей работы.