Koliko bita klasične informacije bi bilo potrebno da se opiše stanje proizvoljne superpozicije kubita?
U području kvantnih informacija, koncept superpozicije igra temeljnu ulogu u predstavljanju kubita. Qubit, kvantni pandan klasičnih bitova, može postojati u stanju koje je linearna kombinacija njegovih osnovnih stanja. Ovo stanje je ono što nazivamo superpozicijom. Kada se raspravlja o informacijskom sadržaju qubita u superpoziciji, bitno je razumjeti razliku između samog kvantnog stanja i klasičnih informacija potrebnih za opisivanje tog stanja.
Proizvoljna superpozicija qubita posjeduje jedinstveno svojstvo koje ga razlikuje od klasičnih bitova. U klasičnoj teoriji informacija, opisivanje sustava zahtijeva određeni broj bitova koji odgovaraju broju različitih stanja u kojima sustav može biti. Na primjer, da biste opisali klasično bacanje novčića, potreban vam je jedan bit informacije (0 ili 1). Međutim, u kvantnom području, qubit u superpoziciji zahtijevao bi beskonačnu količinu klasičnih bitova da u potpunosti specificira svoje stanje zbog kontinuirane prirode složenih koeficijenata koji karakteriziraju kvantne superpozicije (linearne kombinacije osnovnih stanja).
Ova naizgled paradoksalna situacija rješava se procesom mjerenja. Kada se mjerenje izvodi na qubitu u superpoziciji, on kolabira u jedno od svojih osnovnih stanja s određenim vjerojatnostima određenim koeficijentima superpozicije.
U ovom trenutku, qubit se može opisati korištenjem samo jednog klasičnog bita informacije, koji odgovara rezultatu mjerenja. Ovo je manifestacija principa kvantnog mjerenja, gdje čin mjerenja prisiljava kvantni sustav da izabere određeno stanje, čime se smanjuju informacije potrebne za njegovo opisivanje.
Kako bismo dodatno ilustrirali ovaj koncept, razmotrimo poznati misaoni eksperiment Schrödingerove mačke. U ovom scenariju, mačka je smještena u zapečaćenu kutiju s kvantnim sustavom koji ima jednaku vjerojatnost da bude u superpoziciji živog i mrtvog stanja. Dok se kutija ne otvori i sustav se promatra (izmjeri), sama mačka se može vidjeti kao da postoji u superpoziciji živog i mrtvog stanja. Međutim, nakon mjerenja, mačka je definitivno u jednom od dva stanja, zahtijevajući samo jedan bit informacije da opiše svoje stanje.
Informacijski sadržaj potreban za opisivanje qubita u superpoziciji je beskonačan sve dok se ne izvrši mjerenje, u kojoj točki qubit kolabira u određeno klasično stanje koje se može prikazati korištenjem samo jednog klasičnog bita informacije.
Ovo svojstvo naglašava jedinstvenu prirodu kvantnih informacija i ulogu mjerenja u izdvajanju klasičnih informacija iz kvantnih sustava koji kodiraju kvantne informacije.
Ostala nedavna pitanja i odgovori u vezi EITC/QI/QIF Osnove kvantne informacije:
- Jesu li amplitude kvantnih stanja uvijek stvarni brojevi?
- Kako rade kvantna vrata negacije (kvantna NOT ili Pauli-X vrata)?
- Zašto su Hadamardova vrata samoreverzibilna?
- Ako izmjerite 1. qubit Bellovog stanja u određenoj bazi, a zatim izmjerite 2. qubit u bazi rotiranoj za određeni kut theta, vjerojatnost da ćete dobiti projekciju na odgovarajući vektor jednaka je kvadratu sinusa theta?
- Koliko dimenzija ima prostor od 3 kubita?
- Hoće li mjerenje qubita uništiti njegovu kvantnu superpoziciju?
- Mogu li kvantna vrata imati više ulaza nego izlaza slično kao i klasična vrata?
- Uključuje li univerzalna obitelj kvantnih vrata CNOT vrata i Hadamardova vrata?
- Što je eksperiment s dvostrukim prorezom?
- Je li rotiranje polarizacijskog filtra jednako promjeni osnove mjerenja polarizacije fotona?
Pogledajte više pitanja i odgovora u EITC/QI/QIF Osnovama kvantnih informacija