V oblasti kvantové informace hraje koncept superpozice zásadní roli v reprezentaci qubitů. Qubit, kvantový protějšek klasických bitů, může existovat ve stavu, který je lineární kombinací jeho základních stavů. Tento stav nazýváme superpozicí. Když diskutujeme o informačním obsahu qubitu v superpozici, je nezbytné pochopit rozdíl mezi samotným kvantovým stavem a klasickou informací potřebnou k popisu tohoto stavu.
Libovolná superpozice qubitu má jedinečnou vlastnost, která jej odlišuje od klasických bitů. V klasické teorii informace vyžaduje popis systému určitý počet bitů odpovídajících počtu různých stavů, ve kterých se systém může nacházet. Například k popisu klasického hodu mincí potřebujete jeden bit informace (0 nebo 1). V kvantové oblasti by však qubit v superpozici vyžadoval nekonečné množství klasických bitů, aby plně specifikoval svůj stav kvůli spojité povaze komplexních koeficientů, které charakterizují kvantové superpozice (lineární kombinace základních stavů).
Tato zdánlivě paradoxní situace je vyřešena procesem měření. Když se měření provádí na qubit v superpozici, zhroutí se do jednoho ze svých základních stavů s určitou pravděpodobností určenou koeficienty superpozice.
V tomto okamžiku lze qubit popsat pomocí pouze jednoho klasického bitu informace, který odpovídá výsledku měření. Jde o projev principu kvantového měření, kdy akt měření nutí kvantový systém zvolit si určitý stav, čímž se sníží informace potřebné k jeho popisu.
Pro další ilustraci tohoto konceptu zvažte slavný myšlenkový experiment Schrödingerovy kočky. V tomto scénáři je kočka umístěna do zapečetěné krabice s kvantovým systémem, který má stejnou pravděpodobnost, že bude v superpozici živých a mrtvých stavů. Dokud není krabice otevřena a systém není pozorován (změřen), může být kočka samotná považována za existující v superpozici živých a mrtvých stavů. Po měření se však kočka definitivně nachází v jednom ze dvou stavů a vyžaduje pouze jeden bit informace k popisu jejího stavu.
Informační obsah potřebný k popisu qubitu v superpozici je nekonečný, dokud není provedeno měření, kdy se qubit zhroutí do určitého klasického stavu, který lze znázornit pomocí jediného klasického bitu informace.
Tato vlastnost zdůrazňuje jedinečnou povahu kvantové informace a roli měření při získávání klasických informací z kvantových systémů kódujících kvantové informace.
Další nedávné otázky a odpovědi týkající se EITC/QI/QIF Základy kvantových informací:
- Jsou amplitudy kvantových stavů vždy reálnými čísly?
- Jak funguje kvantová negační brána (quantum NOT nebo Pauli-X brána)?
- Proč je Hadamardova brána samovratná?
- Pokud změříte 1. qubit Bellova stavu na určité bázi a poté změříte 2. qubit v bázi otočené o určitý úhel theta, pravděpodobnost, že získáte projekci do odpovídajícího vektoru, je rovna druhé mocnině sinusu theta?
- Kolik dimenzí má prostor 3 qubity?
- Zničí měření qubitu jeho kvantovou superpozici?
- Mohou mít kvantová hradla více vstupů než výstupů podobně jako klasická hradla?
- Zahrnuje univerzální rodina kvantových bran bránu CNOT a bránu Hadamard?
- Co je to dvouštěrbinový experiment?
- Je otočení polarizačního filtru ekvivalentní změně základu měření polarizace fotonů?
Prohlédněte si další otázky a odpovědi v EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals