Što je kvantna koherentna informacija i kako je povezana s uvjetnom kvantnom entropijom?
Kvantna koherentna informacija odnosi se na količinu informacija koja se može pouzdano prenijeti ili pohraniti u kvantnom sustavu uz zadržavanje njegove koherencije. U području kvantne kriptografije, koherencija je važno svojstvo koje osigurava sigurnost kvantnih komunikacijskih protokola. Da bismo razumjeli odnos između kvantne koherentne informacije i uvjetne kvantne entropije, potrebno je razmotriti koncepte entropije i uvjetne entropije u kontekstu kvantnih sustava.
Entropija je temeljni koncept u teoriji informacija koji kvantificira nesigurnost ili slučajnost sustava. U klasičnoj teoriji informacija entropija se definira kao prosječna količina informacija potrebna za opisivanje mogućih ishoda slučajne varijable. U kontekstu kvantnih sustava, koncept entropije je proširen na kvantnu entropiju, koja obuhvaća nesigurnost povezanu s kvantnim stanjima.
Kvantna entropija definirana je pomoću matrice gustoće, matematičkog prikaza kvantnog stanja. Za kvantni sustav s matricom gustoće ρ, von Neumannova entropija je dana kao:
S(ρ) = -Tr(ρ log2 ρ)
gdje Tr označava operaciju traga, a log2 predstavlja bazu logaritma 2. Von Neumannova entropija mjeri količinu nesigurnosti ili slučajnosti u kvantnom stanju ρ. Važno je napomenuti da je von Neumannova entropija uvijek nenegativna i dostiže svoju maksimalnu vrijednost kada matrica gustoće predstavlja potpuno miješano stanje.
Uvjetna kvantna entropija, s druge strane, mjeri količinu neizvjesnosti u kvantnom stanju uvjetovanu nekim dodatnim informacijama. Razmotrimo bipartitni kvantni sustav koji se sastoji od podsustava A i B, s matricama gustoće ρA odnosno ρB. Uvjetna kvantna entropija podsustava A danog podsustava B definirana je kao:
S(A|B) = S(AB) – S(B)
gdje je S(AB) von Neumannova entropija zglobnog sustava AB. Uvjetna kvantna entropija kvantificira preostalu nesigurnost u podsustavu A nakon mjerenja ili dobivanja informacija o podsustavu B.
Odnos između kvantne koherentne informacije i uvjetne kvantne entropije leži u činjenici da prva može biti gornje ograničena potonjom. Konkretno, kvantna koherentna informacija Icoh(A:B) između podsustava A i B definirana je kao:
Icoh(A:B) = S(A) – S(A|B)
gdje je S(A) von Neumannova entropija podsustava A. Kvantna koherentna informacija predstavlja maksimalnu količinu informacija koja se može pouzdano prenijeti od podsustava A do podsustava B uz održavanje koherencije. Omogućuje mjeru kapaciteta kvantnog kanala za prijenos kvantnih informacija.
Kvantna koherentna informacija je količina informacije koja se može prenijeti ili pohraniti u kvantnom sustavu uz očuvanje njegove koherencije. Povezana je s uvjetnom kvantnom entropijom, koja mjeri preostalu nesigurnost u kvantnom stanju nakon uvjetovanja dodatnim informacijama. Kvantna koherentna informacija omeđena je gornjom razlikom između von Neumannove entropije izvornog sustava i uvjetne kvantne entropije, pružajući uvid u kapacitet kvantnih komunikacijskih kanala.
Ostala nedavna pitanja i odgovori u vezi EITC/IS/QCF Osnove kvantne kriptografije:
- Kako napad kontrole detektora iskorištava jednofotonske detektore i koje su implikacije na sigurnost sustava Quantum Key Distribution (QKD)?
- Koje su neke od protumjera razvijene za borbu protiv PNS napada i kako one poboljšavaju sigurnost protokola Quantum Key Distribution (QKD)?
- Što je napad Photon Number Splitting (PNS) i kako ograničava komunikacijsku udaljenost u kvantnoj kriptografiji?
- Kako jednofotonski detektori rade u kontekstu kanadskog kvantnog satelita i s kojim se izazovima suočavaju u svemiru?
- Koje su ključne komponente projekta kanadskog kvantnog satelita i zašto je teleskop kritičan element za učinkovitu kvantnu komunikaciju?
- Koje se mjere mogu poduzeti za zaštitu od napada trojanskog konja jakog svjetla u QKD sustavima?
- Kako se praktične implementacije QKD sustava razlikuju od njihovih teorijskih modela i koje su implikacije tih razlika za sigurnost?
- Zašto je važno uključiti etičke hakere u testiranje QKD sustava i koju ulogu igraju u prepoznavanju i ublažavanju ranjivosti?
- Koje su glavne razlike između napada presretanje-ponovno slanje i napada dijeljenjem broja fotona u kontekstu QKD sustava?
- Kako Heisenbergovo načelo nesigurnosti pridonosi sigurnosti kvantne distribucije ključa (QKD)?
Više pitanja i odgovora potražite u Osnovama kvantne kriptografije EITC/IS/QCF