Kvantna informacija

Kvantna informacija je informacija o stanju kvantnog sistema.^{[1] [2]}To je osnovni entitet proučavanja u kvantnoj teoriji informacija, i njime se može manipulisati korištenjem tehnika kvantne obrade informacija. Kvantne informacije odnose se i na tehničku definiciju u smislu Von Neumannove entropije i na opći računski termin.

To je interdisciplinarno polje koje uključuje kvantnu mehaniku, informatiku, teoriju informacija, filozofiju i kriptografiju između ostalih polja.^[3][4] Njegovo proučavanje je također relevantno za discipline kao što su kognitivna nauka, psihologija i neuronauka. Njegov glavni fokus je u izdvajanju informacija iz materije na mikroskopskom nivou. Posmatranje u nauci je jedan od najvažnijih načina sticanja informacija, a mjerenje je potrebno da bi se kvantifikovala opservacija, što ovo čini ključnim za naučnu metodu. U kvantnoj mehanici, zbog principa neizvjesnosti, ne-komutirajući opservabli ne mogu se precizno mjeriti istovremeno, jer vlastito stanje u jednoj bazi nije svojstveno stanje u drugoj bazi. Kako obje varijable nisu istovremeno dobro definisane, kvantno stanje nikada ne može sadržavati konačne informacije o obje varijable.

Informacija je nešto fizičko što je kodirano u stanju kvantnog sistema. Dok se kvantna mehanika bavi ispitivanjem svojstava materije na mikroskopskom nivou, kvantna informaciona nauka fokusira se na izvlačenje informacija iz tih svojstava, a kvantno računanje manipuliše i obrađuje informacije – izvodi logičke operacije – koristeći tehnike kvantne obrade informacija.

Kvantne informacije, kao i klasične informacije, mogu se obraditi pomoću digitalnih kompjutera, prenositi s jedne lokacije na drugu, manipulirati algoritmima i analizirati pomoću računarstva i matematike. Baš kao što je osnovna jedinica klasične informacije bit, kvantna informacija se bavi kubitima. Kvantne informacije mogu se izmjeriti korištenjem Von Neumannove entropije.

Nedavno je oblast kvantnog računarstva postala aktivna istraživačka oblast zbog mogućnosti da poremeti moderno računarstvo, komunikaciju i kriptografiju.

Historija kvantne teorije informacija započela je na prijelazu iz 20. stoljeća kada je klasična fizika revolucionirana u kvantnu fiziku. Teorije klasične fizike predviđale su apsurde kao što je ultraljubičasta katastrofa ili spirala elektrona u jezgro. U početku su ovi problemi odbačeni dodavanjem ad hoc hipoteza klasičnoj fizici. Ubrzo je postalo očigledno da se mora stvoriti nova teorija kako bi se shvatili ovi apsurdi, i nastala je teorija kvantne mehanike.

Kvantnu mehaniku je formulisao Schrödinger koristeći mehaniku talasa, a Heisenberg koristeći matričnu mehaniku. Ekvivalencija ovih metoda je kasnije dokazana. Njihove formulacije su opisivale dinamiku mikroskopskih sistema, ali su imale nekoliko nezadovoljavajućih aspekata u opisivanju procesa mjerenja. Von Neumann je formulisao kvantnu teoriju koristeći algebru operatora na način da opisuje mjerenje kao i dinamiku.^[5] Ove studije su naglasile filozofske aspekte mjerenja, a ne kvantitativni pristup izdvajanju informacija putem mjerenja.

1. ^ Vedral, Vlatko (2006-09-28). Introduction to Quantum Information Science (jezik: engleski). Oxford University PressOxford. doi:10.1093/acprof:oso/9780199215706.001.0001. ISBN 0-19-921570-7.
2. ^ Nielsen, Michael A.; Chuang, Isaac L. (2010-12-09). "Quantum Computation and Quantum Information: 10th Anniversary Edition". Higher Education from Cambridge University Press (jezik: engleski). doi:10.1017/cbo9780511976667. Pristupljeno 2024-07-07.
3. ^ Bokulich, Alisa; Jaeger, Gregg (2010-06-10). Philosophy of Quantum Information and Entanglement (jezik: engleski). Cambridge University Press. ISBN 978-1-139-48766-5.
4. ^ Benatti, Fabio; Fannes, Mark; Floreanini, Roberto; Petritis, Dimitri (2010-09-21). Quantum Information, Computation and Cryptography: An Introductory Survey of Theory, Technology and Experiments (jezik: engleski). Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-642-11913-2.
5. ^ Neumann, John von (27. 2. 2018). Mathematical Foundations of Quantum Mechanics: New Edition (jezik: engleski). Princeton University Press. ISBN 978-0-691-17856-1.