量子信息连载——量子信息的特点-量子客

 

通俗地讲:量子信息就是以最子力学基本原理为基础,通过量子体系的各种相干方式,进行计算、编码和信息传输,是突破经典计算机芯片尺度极限的新途径。类似于经典计算和信息理论。当量子计算的理论想法开始提出之后,人们就开始研究量子信息的本质。对于一.个最简单的最子系统,臂如磁场中的电子自旋态(电子自旋是为了解释电子的自由度引人的一个概念,电子自旋空间投影处于两个方向上)  \(|+\rangle\)  \(|-\rangle\)  ,那么整个量子体系其状态可以处在叠加态  \(a|+\rangle\)+\(b|-\rangle\)上,因此原则上它们可以存储无限多的信息。  

量子信息连载——量子信息的特点-量子客

当进行测量时,却只能得到\(|+\rangle\)或者\(|-\rangle\),无法获得全部信息。那么到底该如何衡量一个双态量子系统中存储的信息呢? JozsaSchumacher的研究表明:储存在量子系统中的量子信息可以由双态量子系统的数目来度量,由于完全类似于经典信息论中的比特(bit),所以在量子信息理论中就把双态量子系统称为量子比特(quantum bit. qubit).在用微观粒子作为信息载体研究信息的存储和传输中,人们发现令人惊讶的经典世界中不能想象的结果:

量子信息qubit来定量化,且遵从量子力学的规则进行存储、处理和传输,科学家们可以洞察到宏观世界根本无法实现的信息的瞬间传输等科学技术;

如果将经典信息01直接映射到量子态上,依照量子状态的特性对信息进行存储、传输和处理,发现出现了基于经典信息理论认为不可能的信息机能,比如信道容量的超加法性等。两大发现为提高计算机处理信息的速度、增加信息的存储容量、确保信息安全传输实现不可破译的保密通信等奠定了理论基础。在经典信息处理过程中,刻画信息的二进制经典比特由经典状态(如电压的高低)1或0表示。  

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对于量子信息而言,由于微观世界中量子效应会鲜明地凸显出来,经典比特状态10必须由两个量子态\(|1\rangle\)和\(|0\rangle\)来取代;处于这样两种不同状态之上的粒子就是量子信息的基本存储单元--量 子比特(qubit)。与经典比特本质不同,1 qubit可以处在\(|0\rangle\)和\(|1\rangle\)的相干叠加态\(|u\rangle=a|0\rangle+b|1\rangle\)上,正因为如此,1 qubit可以同时存储两个数(ab),N qubit可以同时存储2N个数,存储能力大大提升。在量子信息和经典信息中n bit息都可以表示0,1,2..,N-1...N.中的数.但是在某-时刻,经典计算机只能表示其中的一个,而量子计算机可以同时表示所有的数的线性叠加。在相同比特位数下,量子信息记录信息的容量是目前经典信息的\(2^{^{N}}\)倍。    

 

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Caroline ▏ 整理
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