Квантовый компьютер — вычислительная машина, использующая квантовые состояния для обработки информации, — похож на хрупкую снежинку, лежащую на тёплой ладони. Малейшее дуновение тепла или лёгкая вибрация — и она превращается в каплю. Чтобы снежинка выжила, её постоянно поправляют, восстанавливая прежнюю форму. Это и есть квантовая коррекция ошибок — набор методов, позволяющих защищать квантовую информацию от разрушительного влияния окружающей среды. Но тепло ладони играет и другую роль: именно благодаря ему мы узнаём, что снежинка была, потому что капля хранит память о ледяном узоре. Подобное явление называют квантовым дарвинизмом — механизмом, при котором информация о квантовом объекте «размножается» в окружающей среде, создавая множество избыточных копий, и становится доступной для классического наблюдателя.

Авторы новой работы взяли конкретную схему коррекции — код Шора из девяти кубитов, квантовых аналогов классических битов, — и поместили её в окружение из множества вспомогательных кубитов. Получилась простая решаемая модель: один логический кубит общается с N кубитами среды. Учёные честно посчитали три величины: насколько хорошо восстанавливается исходное квантовое состояние после коррекции (точность восстановления), сколько информации о нём можно извлечь из среды и сколько избыточных копий этой информации там появляется (степень дарвинизма).

Затем авторы доказали общую теорему: как только точность восстановления превышает определённый порог, избыточные классические записи в среде возникнуть не могут — независимо от того, как именно устроено взаимодействие. Их модель достигает этого предела, показывая, что граница не случайна, а фундаментальна. Защита квантовой логики и появление классической памяти оказались двумя сторонами одной медали, и медаль эту нельзя повернуть обеими сторонами сразу.