Fyzikové chtějí využít dekoherenci k vytvoření kvantového provázání beze ztrát

Kvantová fyzika se dlouhodobě potýká s jedním základním nepřítelem – únikem energie a informací ze systému do okolního prostředí. Tento jev, označovaný jako dekoherence, patří mezi hlavní překážky při vývoji kvantových technologií, protože narušuje křehké kvantové stavy, na kterých tyto technologie stojí. Nová linie výzkumu ale naznačuje, že by právě tento nežádoucí únik mohl paradoxně posloužit k vytvoření kvantového provázání, aniž by bylo nutné cokoliv mezi částicemi fyzicky přenášet.

Kvantové provázání je jev, při němž se stavy dvou nebo více částic stanou vzájemně propojené natolik, že popis jedné částice nelze oddělit od popisu druhé, bez ohledu na to, jak daleko jsou od sebe vzdáleny. Provázání funguje jako jakýsi „zdroj“, který kvantové technologie využívají k provádění úkolů, jež jsou pro klasické technologie zcela nedostupné – od kvantové kryptografie přes kvantové výpočty až po přesné měřicí přístroje. Bez dostatečně silného a stabilního provázání by mnohé z těchto aplikací nebyly možné.

Standardní přístup k vytváření provázání spočívá v přímé interakci mezi částicemi nebo v přenosu kvantové informace prostřednictvím fotonů či jiných nosičů. Tyto metody jsou však citlivé na ztráty a šum, které vznikají právě kvůli úniku energie a informací do okolí. Čím déle systém interaguje s prostředím, tím větší je riziko, že se kvantové vlastnosti rozplynou a provázání zanikne dřív, než se stihne využít.

Výzkumníci se proto zaměřili na opačný pohled na problém. Místo aby se snažili únik energie a informací potlačit, zkoumají, zda by se dal tento proces obrátit ve prospěch systému. Základní myšlenka spočívá v tom, že když dvě kvantové části systému uvolňují energii do stejného sdíleného prostředí, mohou se prostřednictvím tohoto prostředí propojit, aniž by mezi nimi docházelo k přímému přenosu kvantového stavu. Jinými slovy, samotný únik se stává mechanismem, kterým vzniká provázání, nikoliv jen destruktivní silou, která ho ničí.

Tento přístup se liší od tradičních metod tím, že nevyžaduje řízený transport kvantové informace mezi jednotlivými částicemi. Namísto toho využívá skutečnost, že energie a informace uniklé ze dvou nebo více částí systému se mohou v prostředí „setkat“ a vytvořit korelace, které mají charakter kvantového provázání. Tento koncept obrací zavedený pohled na dekoherenci jako na čistě škodlivý proces a ukazuje, že i jevy, které byly dosud považovány za technický problém, mohou mít za určitých podmínek využitelný potenciál.

Praktický význam tohoto přístupu spočívá především v tom, že by mohl otevřít nové cesty k vytváření provázaných stavů v situacích, kdy je přímá kontrola nad přenosem informace obtížná nebo nákladná. V reálných kvantových systémech, ať už jde o kvantové počítače, senzory nebo komunikační sítě, je totiž interakce s okolím nevyhnutelná. Pokud by se podařilo tuto nevyhnutelnou interakci systematicky využít, mohlo by to znamenat menší závislost na dokonalé izolaci kvantových zařízení od okolního prostředí, což je jinak jeden z nejnákladnějších a technicky nejnáročnějších aspektů současného vývoje.

Výzkum se zatím pohybuje především v teoretické rovině a soustředí se na pochopení mechanismů, které umožňují, aby únik energie a informací vedl k vzniku provázání namísto jeho zániku. Přes