Quanteninformation - Wikipedia

In der Physik und Informatik ist Quanteninformation die Information über den Zustand eines Quantensystems; Es ist die grundlegende Entität der Studie in Quanteninformationstheorie und kann unter Verwendung von Quanteninformationsverarbeitungstechniken manipuliert werden. Quanteninformationen können wie klassische Informationen mit Digitalcomputern verarbeitet, von einem Ort zum anderen übertragen, mit Algorithmen manipuliert und mit der Informatik-Mathematik analysiert werden. Während die grundlegende Einheit der klassischen Information das Bit ist, ist die Quanteninformation die grundlegendste Einheit des Qubits.

Quanteninformation [ edit ]

Die Quanteninformation unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht von der klassischen Information, die durch das Bit verkörpert wird. Darunter sind folgende:

• Eine Einheit der Quanteninformation ist das Qubit. Im Gegensatz zu klassischen digitalen Zuständen (die diskret sind), ist ein Qubit stetig, was durch eine Richtung auf der Bloch-Kugel beschrieben werden kann. Trotz dieser kontinuierlichen Bewertung ist ein Qubit die kleinste mögliche Einheit der Quanteninformation da der Qubit-Zustand zwar kontinuierlich bewertet wird, der Wert jedoch nicht genau gemessen werden kann.


• Ein Qubit kann nicht (ganz) in klassische Bits umgewandelt werden; das heißt, es kann nicht "gelesen" werden. Dies ist das No-Teleportation-Theorem.


• Trotz des unbequemen No-Teleportation-Theorems können Qubits durch Quantenteleportation von einem physikalischen Teilchen zu einem anderen bewegt werden. Das heißt, Qubits können unabhängig vom zugrundeliegenden physikalischen Teilchen transportiert werden.


• Ein beliebiges Qubit kann weder kopiert noch zerstört werden. Dies ist der Inhalt des No-Cloning-Theorems und des No-Deleting-Theorems.


• Obwohl ein einziges Qubit von Ort zu Ort transportiert werden kann ( zB über Quantenteleportation), kann es nicht an mehrere Empfänger geliefert werden ; Dies ist das No-Broadcast-Theorem und wird im Wesentlichen durch das No-Cloning-Theorem impliziert.


• Qubits können geändert werden, indem lineare Transformationen oder Quantengatter verwendet werden, um ihren Zustand zu ändern. Während klassische Gates den bekannten Operationen der Booleschen Logik entsprechen, sind Quanten-Gates physikalische unitäre Operatoren, die im Falle von Qubits Rotationen der Bloch-Kugel entsprechen.


• Aufgrund der Volatilität der Quantensysteme und der Unmöglichkeit der Kopierzustände Das Speichern von Quanteninformationen ist viel schwieriger als das Speichern klassischer Informationen. Trotzdem können mit der Quantenfehlerkorrektur Quanteninformationen grundsätzlich noch zuverlässig gespeichert werden. Das Vorhandensein von Quantenfehlerkorrekturcodes hat auch zu der Möglichkeit einer fehlertoleranten Quantenberechnung geführt.


• Durch Verwendung von Quantengattern können klassische Bits in Konfigurationen von Qubits codiert und anschließend daraus abgerufen werden. Ein einzelnes Qubit kann an sich nur ein Bit an klassischer Information über seine Aufbereitung vermitteln. Dies ist Holevos Theorem. Bei der Superdense-Codierung kann ein Sender jedoch, indem er auf eines von zwei verschränkten Qubits wirkt, zwei Bits zugänglicher Informationen über ihren Verbindungszustand an einen Empfänger übermitteln.


• Quanteninformationen können in einem Quantenkanal analog zu dem verschoben werden Konzept eines klassischen Kommunikationskanals. Quantennachrichten haben eine endliche Größe, gemessen in Qubits. Quantenkanäle haben eine endliche Kanalkapazität, gemessen in Qubits pro Sekunde.


• Quanteninformation und Änderungen der Quanteninformation können quantitativ unter Verwendung eines Analogons der Shannon-Entropie, der von Neumann-Entropie, gemessen werden. Ausgehend von einem statistischen Ensemble quantenmechanischer Systeme mit der Dichtematrix ${\displaystyle \mathrm{\rho \; <!--\; \rho \; -->}}$ wird es gegeben durch ${ displaystyle S ( rho) = - operatorname {Tr} ( rho ln rho). ,}$