I sfären av kvantinformation spelar begreppet superposition en grundläggande roll i representationen av qubits. En qubit, kvantmotsvarigheten till klassiska bitar, kan existera i ett tillstånd som är en linjär kombination av dess bastillstånd. Detta tillstånd är vad vi kallar en superposition. När man diskuterar informationsinnehållet i en qubit i superposition är det viktigt att förstå skillnaden mellan själva kvanttillståndet och den klassiska information som behövs för att beskriva det tillståndet.
En godtycklig överlagring av en qubit har en unik egenskap som skiljer den från klassiska bitar. I klassisk informationsteori kräver att beskriva ett system ett visst antal bitar som motsvarar antalet distinkta tillstånd som systemet kan vara i. Till exempel, för att beskriva en klassisk myntvändning, behöver du en bit information (0 eller 1). Men i kvantvärlden skulle en qubit i superposition kräva en oändlig mängd klassiska bitar för att helt specificera dess tillstånd på grund av den kontinuerliga naturen hos komplexa koefficienter som kännetecknar kvantöverlagringar (linjära kombinationer av bastillstånden).
Denna till synes paradoxala situation löses genom mätningsprocessen. När en mätning utförs på en qubit i superposition kollapsar den till ett av dess bastillstånd med vissa sannolikheter som bestäms av koefficienterna för superpositionen.
Vid denna tidpunkt kan qubiten beskrivas med bara en klassisk informationsbit, motsvarande resultatet av mätningen. Detta är en manifestation av principen om kvantmätning, där mäthandlingen tvingar kvantsystemet att välja ett bestämt tillstånd och därigenom minska den information som behövs för att beskriva det.
För att illustrera detta koncept ytterligare, överväg det berömda tankeexperimentet med Schrödingers katt. I detta scenario placeras en katt i en förseglad låda med ett kvantsystem som har lika stor sannolikhet att vara i en överlagring av levande och döda tillstånd. Tills lådan öppnas och systemet observeras (mäts) kan katten själv ses som existerande i en superposition av levande och döda tillstånd. Men vid mätning är katten definitivt i ett av de två tillstånden, och kräver bara en bit information för att beskriva dess tillstånd.
Informationsinnehållet som behövs för att beskriva en qubit i en superposition är oändligt tills en mätning görs, vid vilken punkt qubiten kollapsar till ett definitivt klassiskt tillstånd som kan representeras med bara en klassisk informationsbit.
Den här egenskapen framhäver den unika karaktären hos kvantinformation och mätningens roll för att extrahera klassisk information från kvantsystem som kodar kvantinformation.
Andra senaste frågor och svar ang EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals:
- Är amplituder av kvanttillstånd alltid reella tal?
- Hur fungerar quantum negation gate (quantum NOT eller Pauli-X gate)?
- Varför är Hadamard-porten självvändbar?
- Om man mäter den 1:a qubiten i Bell-tillståndet på en viss bas och sedan mäter den 2:a qubiten i en bas roterad med en viss vinkel theta, är sannolikheten att du kommer att få projektion till motsvarande vektor lika med kvadraten på sinus för theta?
- Hur många dimensioner har ett utrymme på 3 qubits?
- Kommer mätningen av en qubit att förstöra dess kvantöverlagring?
- Kan kvantgrindar ha fler ingångar än utgångar på samma sätt som klassiska grindar?
- Inkluderar den universella familjen av kvantportar CNOT-porten och Hadamard-porten?
- Vad är ett dubbelslitsexperiment?
- Är rotation av ett polariserande filter likvärdigt med att ändra basen för fotonpolarisationsmätning?
Se fler frågor och svar i EITC/QI/QIF Quantum Information Fundamentals