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量子信息連載——量子信息的特點

量子信息連載——量子信息的特點

 

通俗地講:量子信息就是以最子力學基本原理爲基礎,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。当量子計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.個最簡單的最子系統,臂如磁場中的電子自旋態(電子自旋是爲了解釋電子的自由度引人的一個概念,電子自旋空間投影處于兩個方向上)? \(|+\rangle\)? \(|-\rangle\)? ,那么整个量子体系其状态可以处在叠加态? \(a|+\rangle\)+\(b1-\rangle\)上,因此原則上它們可以存儲無限多的信息。 ?

量子信息連載——量子信息的特點

當進行測量時,卻只能得到\(|+\rangle\)或者\(|-\rangle\),無法獲得全部信息。那麽到底該如何衡量一個雙態量子系統中存儲的信息呢? JozsaSchumacher的研究表明:儲存在量子系統中的量子信息可以由雙態量子系統的數目來度量,由于完全類似于經典信息論中的比特(bit),所以在量子信息理論中就把雙態量子系統稱爲量子比特(quantum bit. qubit).在用微觀粒子作爲信息載體研究信息的存儲和傳輸中,人們發現令人驚訝的經典世界中不能想象的結果:

量子信息用qubit來定量化,且遵從量子力學的規則進行存儲、處理和傳輸,科學家們可以洞察到宏觀世界根本無法實現的信息的瞬間傳輸等科學技術;

如果將經典信息01直接映射到量子態上,依照量子狀態的特性對信息進行存儲、傳輸和處理,發現出現了基于經典信息理論認爲不可能的信息機能,比如信道容量的超加法性等。兩大發現爲提高計算機處理信息的速度、增加信息的存儲容量、確保信息安全傳輸實現不可破譯的保密通信等奠定了理論基礎。在經典信息處理過程中,刻畫信息的二進制經典比特由經典狀態(如電壓的高低)1或0表示。 ?

量子信息連載——量子信息的特點

對于量子信息而言,由于微觀世界中量子效應會鮮明地凸顯出來,經典比特狀態10必須由兩個量子態\(|1\rangle\)和\(|0\rangle\)來取代;處于這樣兩種不同狀態之上的粒子就是量子信息的基本存儲單元量 子比特(qubit)。與經典比特本質不同,1 qubit可以處在\(|0\rangle\)和\(|1\rangle\)的相幹疊加態\(|u\rangle=a|0\rangle+b|1\rangle\)上,正因爲如此,1 qubit可以同時存儲兩個數(ab),N qubit可以同時存儲2N個數,存儲能力大大提升。在量子信息和經典信息中n bit息都可以表示0,1,2..,N-1…N.中的數.但是在某時刻,经典计算机只能表示其中的一个,而量子計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
量豆豆 ▏ 校对
Core ▏ 编辑

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