Два переводчика-синхрониста сидят в одной кабине. Первый переводит с английского на русский, но половину слов проглатывает. Второй — с русского на французский, и тоже половину теряет. Если посадить их вместе, кажется, получится каша: потери сложатся, и до слушателя дойдёт лишь четверть смысла. Но что, если они начнут поправлять друг друга? Один услышал обрывок — второй дополнил по догадке. Итоговая точность оказывается выше, чем у каждого поодиночке.
Нечто подобное обнаружили физики, когда изучали квантовые каналы связи — линии, по которым передают не радиоволны, а состояния частиц (например, поляризацию фотонов). Обычно пропускная способность канала подчиняется простому правилу: соединили два канала — сложили их ёмкости. Но квантовая механика разрешает нарушать это правило. В новом эксперименте учёные построили канал-«утконос» (названный так за сочетание необычных свойств, как у австралийского зверька с клювом и хвостом бобра) и показали, что два таких канала, работая вместе, передают больше информации, чем сумма их одиночных возможностей.
Эксперимент провели на фотонной платформе: запутанные пары фотонов (шестимерная система) пропускали через каналы и измеряли так называемую когерентную информацию — величину, которая в квантовом мире заменяет привычную пропускную способность. Оказалось, что при совместном использовании канала-утконоса и обычного затухающего канала когерентная информация системы больше, чем сумма когерентных информаций каждого канала по отдельности. Другими словами, два «плохих» переводчика вместе дают лучший результат, чем поодиночке.
Причина кроется в сингулярности энтропийного ландшафта — резком перепаде неопределённости в определённой точке состояний. Когда два канала объединяются, их шумовые профили взаимодействуют, и суммарная неопределённость сокращается сильнее, чем можно было бы ожидать. Это как если бы две мутные лужи, слившись, дали прозрачный ручей. Квантовая томография процесса подтвердила: эффект вызван именно этой особенностью, а не случайной флуктуацией.
Практический смысл открытия — в будущих квантовых сетях. Классические линии связи всегда подчиняются аддитивности: два оптоволокна передадут ровно вдвое больше битов, чем одно. Квантовые же каналы можно комбинировать так, чтобы они «чистили» ошибки друг друга без дополнительных ухищрений. Это прямой путь к более надёжной передаче квантовых ключей и распределённым вычислениям, где важна каждая частица информации.
Утконос — одно из немногих ядовитых млекопитающих: у самцов на задних лапах есть шпоры с ядом, вызывающим сильную боль. Так и квантовый канал-утконос «жалит» шумом одни состояния, но остаётся безопасным для других.
В романе «Анафем» Нила Стивенсона квантовые каналы связи между вселенными нарушают привычную логику сложения пропускной способности, позволяя передавать информацию сквозь мультиверс.