Науковці зробили прорив у квантовій фізиці, вперше за понад два десятиліття вивівши точний математичний вираз для процесу дистиляції квантової заплутаності — критично важливої процедури для розвитку квантових комп’ютерів і засобів квантового зв’язку. Робота вчених із Центру квантових обчислень RIKEN (Японія) та Амстердамського університету (Нідерланди) виправляє попередні теоретичні помилки, які залишалися невирішеними ще з початку 2000-х років.

Квантова заплутаність — це явище, коли частинки залишаються пов’язаними незалежно від відстані між ними, і зміни однієї миттєво впливають на іншу. Це фундамент квантових технологій, зокрема захищеного зв’язку та обчислень, проте у реальних умовах створення чистих (тобто безшумних) заплутаних станів залишається проблемою через недосконалість фізичних систем.

Щоб долати цю проблему, використовують метод дистиляції заплутаності: кілька слабких, «шумних» квантових станів об’єднують і перетворюють на меншу кількість якісніших — ближчих до ідеалу. Але визначити точний темп, із яким це можливо, математично було надзвичайно складно — до останнього часу.

Науковці Бартуш Регула (RIKEN) і Людовіко Ламі (Університет Амстердама) вивели формулу для оцінки дистиляції за менш суворих умов. Це лише другий випадок в історії науки, коли вдалося отримати такий вираз. Знахідка має велике теоретичне значення і, за словами авторів, є підтвердженням того, що попередні доводи про зв’язок дистиляції та ентропії мали критичні хиби.

Хоча формула застосовна лише при великій кількості квантових систем — експериментально таких масштабів поки що не досягнуто — сам прорив дає змогу розширити наше розуміння квантових процесів. У майбутньому це може прискорити створення більш ефективних квантових пристроїв, коли інженерні можливості наздоженуть теоретичні здобутки.