Hvor mange biter av klassisk informasjon vil være nødvendig for å beskrive tilstanden til en vilkårlig qubit-superposisjon?
I riket av kvanteinformasjon spiller begrepet superposisjon en grunnleggende rolle i representasjonen av qubits. En qubit, kvantemotstykket til klassiske biter, kan eksistere i en tilstand som er en lineær kombinasjon av dens basistilstander. Denne tilstanden er det vi omtaler som en superposisjon. Når man diskuterer informasjonsinnholdet til en qubit i superposisjon, er det viktig å forstå skillet mellom selve kvantetilstanden og den klassiske informasjonen som trengs for å beskrive den tilstanden.
En vilkårlig superposisjon av en qubit har en unik egenskap som skiller den fra klassiske biter. I klassisk informasjonsteori krever det å beskrive et system et visst antall biter som tilsvarer antallet distinkte tilstander systemet kan være i. For eksempel, for å beskrive en klassisk myntflipp, trenger du én bit informasjon (0 eller 1). I kvanteriket vil imidlertid en qubit i superposisjon kreve en uendelig mengde klassiske biter for å spesifisere tilstanden fullstendig på grunn av den kontinuerlige naturen til komplekse koeffisienter som karakteriserer kvantesuperposisjoner (lineære kombinasjoner av basistilstandene).
Denne tilsynelatende paradoksale situasjonen løses gjennom måleprosessen. Når en måling utføres på en qubit i superposisjon, kollapser den til en av basistilstandene med visse sannsynligheter bestemt av koeffisientene til superposisjonen.
På dette tidspunktet kan qubiten beskrives ved å bruke bare én klassisk informasjonsbit, som tilsvarer resultatet av målingen. Dette er en manifestasjon av prinsippet om kvantemåling, der målehandlingen tvinger kvantesystemet til å velge en bestemt tilstand, og dermed redusere informasjonen som trengs for å beskrive den.
For å illustrere dette konseptet ytterligere, vurder det berømte tankeeksperimentet til Schrödingers katt. I dette scenariet blir en katt plassert i en forseglet boks med et kvantesystem som har like stor sannsynlighet for å være i en superposisjon av levende og døde tilstander. Inntil boksen åpnes og systemet er observert (målt), kan katten i seg selv ses på å eksistere i en superposisjon av levende og døde tilstander. Men etter måling er katten definitivt i en av de to tilstandene, og krever bare en bit informasjon for å beskrive tilstanden.
Informasjonsinnholdet som trengs for å beskrive en qubit i en superposisjon er uendelig inntil en måling er foretatt, på hvilket tidspunkt qubiten kollapser til en bestemt klassisk tilstand som kan representeres ved å bruke bare én klassisk informasjonsbit.
Denne egenskapen fremhever den unike naturen til kvanteinformasjon og rollen til måling i å trekke ut klassisk informasjon fra kvantesystemer som koder for kvanteinformasjon.
Andre nyere spørsmål og svar vedr Kvantumåling:
- Vil målingen av en qubit ødelegge dens kvantesuperposisjon?
- Hvordan fungerer kvantemålingen som en projeksjon?
- I en sammenfiltret tilstand på to qubits vil utfallet av målingen av den første qubiten påvirke utfallet av målingen av den andre qubiten?
- Et 3-dimensjonalt kvantesystem (også referert til som et qutrit) kan defineres som en superposisjon mellom 3 ortonormale vektorer av basisen?
- Krever en vilkårlig superposisjon av en qubit spesifikasjon av de to komplekse tallene til koeffisientene?
- Kan et kvantesystem måles på en vilkårlig ortonormal basis?
- Bør kvantemåling gjøres på en måte som ikke forstyrrer det målte kvantesystemet?
- Hvordan kan en kattetilstand skapes ved å fortsette sammenfiltringsprosessen med flere qubits?
- Hva skjer med makroskopiske objekter, som nålen, når de blir viklet inn i en qubit?
- Hvordan hjelper sammenfiltringsprosessen til å forstå målinger i kvanteinformasjon?
Se flere spørsmål og svar i kvantemåling