量子信息

量子信息

在量子力學中,量子信息(quantum information)是關於量子系統"狀態"所帶有的物理信息。通過量子系統的各種相干特性(如量子並行、量子糾纏和量子不可克隆等),進行計算、編碼和信息傳輸的全新信息方式。

  • 中文名稱
    量子信息
  • 外文名稱
    quantum information
  • 單位
    量子比特(qubit)
  • 相關學科
    量子力學

​概述

量子信息最常見的單位是為量子比特(qubit)--也就是一個隻有兩個狀態的量子系統。然而不同于經典數位狀態(其為離散),一個二狀態量子系統實際上可以在任何時間為兩個狀態的疊加態,這兩狀態也可以是本征態

主領域

量子信息學(quantum information science或quantum informatics)則是研究這方面問題的學問,簡要來說是量子力學和信息學的交叉,主領域包括有:

■ 量子計算的抽象推演,以及量子電腦(量子電腦)方面的物理系統實踐。

量子通信

量子密碼學

詳解

量子是一個態.所謂態在物理上不是一個具體的物理量,也不是一個單位,也不是一個實體,而是一個可以觀測記錄的一組記錄(也就是確定組不變數去測量另外一組量),但是這組記錄可以運算.並可以求出某時刻對是已觀測的紀錄對比十分吻合.這個就是波動力學的基礎.要解決量子信息.首先要在邏輯有一個多值邏輯理論,才能通過對于量子態對應于一個實體,也就是現在所謂的給量子的態賦給予實體的功能,這樣就可以實現某些交換,也就是可以計算,隻要這組態符合一定的條件,由波動力學,結論一定成立.這就是量子信息學的基礎,如果一旦能找到符合理論的這些態,則計算能力將不是現有電腦的N信部題,而是的一0時計算的超量完成.對某個有限大的數組在量子態可以理論上是0時完成,也就是超距變換。這是量子信息學的研究動力。

量子信息量子信息

根據摩爾(Moore)定律,每十八個月電腦微處理器的速度就成長一倍,其中單位面積(或體積)上集成的元件數目會相應地增加。可以預見,在不久的將來,晶片元件就會達到它能以經典方式工作的極限尺度。因此,突破這種尺度極限是當代信息科學所面臨的一個重大科學問題。量子信息的研究就是充分利用量子物理基本原理的研究成果,發揮量子相幹特徵的強大作用,探索以全新的方式進行計算、編碼和信息傳輸的可能性,為突破晶片極限提供新概念、新思路和新途徑。量子力學與信息科學結合,不僅充分顯示了學科交叉的重要性, 而且量子信息的最終物理實現, 會導致信息科學觀念和模式的重大變革。事實上,傳統電腦也是量子力學的產物,它的器件也利用了諸如量子隧道現象等量子效應。但僅僅套用量子器件的信息技術,並不等于是現在所說的量子信息。目前的量子信息主要是基于量子力學的相幹特征,重構密碼、計算和通訊的基本原理。

糾錯量子狀態

耶魯大學研究人員成功開發出一種新方法,既可以觀察量子信息,同時還能保持其完整性,這將給量子力學研究提供更大的控製權,以糾正隨機錯誤,並將極大地提升量子電腦的發展前景。該研究結果發表在最新一期《科學》雜志上。

耶魯大學套用物理與物理研究教授米歇爾和主要研究者弗雷德裏克說:"盯著一個理論公式是一回事,能夠真正控製一個量子對象是另一回事。這項實驗是量子計算過程中必不可少的一次彩排,可以真正積極地理解量子力學。"

在量子系統中,信息是由量子比特來存儲的。量子比特可以假定為"0"或"1"兩個狀態,這兩個狀態在同一時刻是疊加的。正確認識、解釋和跟蹤它們的狀態對于量子計算非常必要。但通常情況下,監視量子比特會損害其信息內容。

新開發的這種非破壞性的測量系統可以觀察、跟蹤和記錄一個量子位所有狀態的變化,同時保持量子比特的信息價值。研究人員說,原則上,這將允許其監視量子比特的狀態,以糾正隨機錯誤。

米歇爾說:"具有與量子比特對話的能力,並且聽到它在告訴你什麽,這就是關鍵所在。量子電腦一個主要問題是量子比特存儲的信息'壽命'有限,並持續衰減,所以必須予以糾正。"

弗雷德裏克說:"隻要你知道過程中發生了什麽錯誤,就可以修正。這些錯誤基本上是可以撤消的。"

該研究團隊現在可以成功地測量一個量子比特,未來面臨的挑戰是一次測量和控製更多的量子比特。他們正在開發基于此目的的超高速數位電子技術。

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