Kuantum bilgisi - Quantum information

Kuantum bilgisi , bir kuantum sisteminin durum bilgisidir . Kuantum bilgi teorisindeki çalışmanın temel öğesidir ve kuantum bilgi işleme teknikleri kullanılarak manipüle edilebilir . Kuantum bilgisi, hem Von Neumann entropisi açısından teknik tanımı hem de genel hesaplama terimini ifade eder.

Diğer alanların yanı sıra kuantum mekaniği , bilgisayar bilimi , bilgi teorisi , felsefe ve kriptografiyi içeren disiplinlerarası bir alandır . Çalışması aynı zamanda bilişsel bilim , psikoloji ve sinirbilim gibi disiplinlerle de ilgilidir . Ana odak noktası, mikroskobik ölçekte maddeden bilgi çıkarmaktır. Bilimde gözlem, bilgi edinmenin en önemli yollarından biridir ve gözlemi ölçmek için ölçüm gereklidir, bu da bunu bilimsel yöntem için çok önemli kılar . Olarak kuantum mekaniği nedeniyle, belirsizlik ilkesi , bir çerçevede bir özdurumu diğer bazında bir özdurumu değil gibi, sigara gidip gözlenebilirler açık bir şekilde, eş zamanlı olarak ölçülemez. Her iki değişken de aynı anda iyi tanımlanmadığından, bir kuantum durumu hiçbir zaman her iki değişken hakkında kesin bilgi içeremez.

Bilgi, bir kuantum sistemi durumunda kodlanmış bir şeydir, fizikseldir. İken kuantum mekaniği mikroskobik düzeyde maddenin özelliklerini inceleyerek ile fırsatlar, kuantum bilgi bilimi bu özelliklerin bilgi çekme odaklanır ve kuantum hesaplama yöneten ve süreçler bilgiler - gerçekleştirdiği mantıksal işlemleri - kullanan kuantum bilgi işleme tekniklerini.

Kuantum bilgi, klasik bilgiler gibi kullanılarak işlenebilir dijital bilgisayarlar , iletilen ile manipüle başka bir yerden, algoritmalar ve bilgisayar bilimleri ve analiz matematik . Klasik bilginin temel biriminin bit olması gibi, kuantum bilgisi de kübitlerle ilgilenir. Kuantum bilgisi Von Neumann entropisi kullanılarak ölçülebilir.

Son zamanlarda, kuantum hesaplama alanı, modern hesaplama, iletişim ve kriptografiyi bozma olasılığı nedeniyle aktif bir araştırma alanı haline geldi .

Tarih ve gelişim

Temel kuantum mekaniğinden geliştirme

Kuantum bilgisinin tarihi, klasik fiziğin kuantum fiziğine dönüştüğü 20. yüzyılın başında başladı . Klasik fizik teorileri, ultraviyole felaketi veya çekirdeğe dönen elektronlar gibi saçmalıkları tahmin ediyordu . İlk başta bu problemler, klasik fiziğe ad hoc hipotez eklenerek bir kenara atıldı. Kısa süre sonra, bu saçmalıkları anlamlandırmak için yeni bir teorinin yaratılması gerektiği ortaya çıktı ve kuantum mekaniği teorisi doğdu.

Kuantum mekaniği , dalga mekaniği kullanılarak Schrödinger ve matris mekaniği kullanılarak Heisenberg tarafından formüle edildi . Bu yöntemlerin eşdeğerliği daha sonra kanıtlanmıştır. Formülasyonları, mikroskobik sistemlerin dinamiklerini tanımladı, ancak ölçüm süreçlerini tanımlamada birkaç tatmin edici olmayan yönleri vardı. Von Neumann, operatör cebiri kullanarak kuantum teorisini, hem ölçümü hem de dinamiği tanımlayacak şekilde formüle etti. Bu çalışmalar, ölçümler yoluyla bilgi elde etmeye yönelik nicel bir yaklaşımdan ziyade ölçümün felsefi yönlerini vurgulamıştır.

Bakınız: Dinamik Resimler

Evrim	resim ( v T e )
ile ilgili:	Heisenberg	Etkileşim	Schrödinger
Ket durumu	devamlı	${\displaystyle |\psi _{\rm {I}}(t)\rangle =e^{iH_{0,\mathrm {S} }~t/\hbar }|\psi _{\rm {S}} (t)\rangle }$	${\displaystyle |\psi _{\rm {S}}(t)\rangle =e^{-iH_{\rm {S}}~t/\hbar }|\psi _{\rm {S}}( 0)\menzil }$
gözlemlenebilir	${\displaystyle A_{\rm {H}}(t)=e^{iH_{\rm {S}}~t/\hbar }A_{\rm {S}}e^{-iH_{\rm {S }}~t/\hbar }}$	${\displaystyle A_{\rm {I}}(t)=e^{iH_{0,\mathrm {S} }~t/\hbar }A_{\rm {S}}e^{-iH_{0, \mathrm {S} }~t/\hbar }}$	devamlı
yoğunluk matrisi	devamlı	${\displaystyle \rho _{\rm {I}}(t)=e^{iH_{0,\mathrm {S} }~t/\hbar }\rho _{\rm {S}}(t)e ^{-iH_{0,\mathrm {S} }~t/\hbar }}$	${\displaystyle \rho _{\rm {S}}(t)=e^{-iH_{\rm {S}}~t/\hbar }\rho _{\rm {S}}(0)e^ {iH_{\rm {S}}~t/\hbar }}$

İletişimden gelişme

1960'larda Stratonovich , Helstrom ve Gordon , kuantum mekaniği kullanan bir optik iletişim formülasyonu önerdiler. Bu, kuantum bilgi teorisinin ilk tarihsel görünümüydü. Esas olarak iletişim için hata olasılıkları ve kanal kapasiteleri üzerinde çalıştılar. Daha sonra Holevo, klasik bir mesajın bir kuantum kanalı aracılığıyla iletilmesinde bir üst iletişim hızı sınırı elde etti.

Atom fiziği ve görelilikten gelişme

1970'lerde, atom tuzağı ve taramalı tünelleme mikroskobu gibi tek atomlu kuantum durumlarını manipüle etmek için teknikler geliştirilmeye başlandı, bu da tek atomları izole etmeyi ve diziler halinde düzenlemeyi mümkün kıldı. Bu gelişmelerden önce, tek kuantum sistemleri üzerinde kesin kontrol mümkün değildi ve deneylerde çok sayıda kuantum sistemi üzerinde daha kaba, eşzamanlı kontrol kullanıldı. Uygulanabilir tek durumlu manipülasyon tekniklerinin geliştirilmesi, kuantum bilgisi ve hesaplama alanında artan ilgiye yol açtı.

1980'lerde, Einstein'ın görelilik teorisini çürütmek için kuantum etkilerini kullanmanın mümkün olup olmayacağına ilgi arttı. Bilinmeyen bir kuantum durumunu klonlamak mümkün olsaydı, bilgiyi ışık hızından daha hızlı iletmek için dolaşmış kuantum durumlarını kullanmak, Einstein'ın teorisini çürütmek mümkün olurdu. Ancak, klonlamama teoremi , böyle bir klonlamanın imkansız olduğunu gösterdi. Teorem, kuantum bilgi teorisinin en erken sonuçlarından biriydi.

Kriptografiden geliştirme

İzole edilmiş kuantum sistemlerini incelemek ve görelilik teorisini aşmanın bir yolunu bulmaya çalışmak konusundaki tüm heyecan ve ilgiye rağmen, kuantum bilgi teorisindeki araştırmalar 1980'lerde durgunlaştı. Bununla birlikte, aynı zamanda, kuantum bilgi ve hesaplamayla başka bir yol ilgilenmeye başladı: Kriptografi . Genel anlamda kriptografi, birbirine güvenmeyen iki veya daha fazla tarafı içeren iletişim veya hesaplama yapma sorunudur.

Bennett ve Brassard, BB84 kuantum kriptografik protokolünü kullanarak uzun mesafelerde gizlice iletişim kurmanın bir yolu olan, tespit edilmeden gizlice dinlemenin imkansız olduğu bir iletişim kanalı geliştirdiler . Ana fikir, kuantum mekaniğinin gözlemin gözlemleneni rahatsız ettiği temel ilkesinin kullanılmasıydı ve güvenli bir iletişim hattında bir gizli dinleme cihazının tanıtılması, iletişim kurmaya çalışan iki tarafın kulak misafirinin varlığından haberdar olmasını hemen sağlayacaktır.

Bilgisayar bilimi ve matematikten gelişme

Alan Turing'in programlanabilir bir bilgisayar veya Turing makinesiyle ilgili devrim niteliğindeki fikirlerinin ortaya çıkmasıyla birlikte, gerçek dünyadaki herhangi bir hesaplamanın bir Turing makinesini içeren eşdeğer bir hesaplamaya çevrilebileceğini gösterdi. Bu, Church-Turing tezi olarak bilinir .

Çok geçmeden, ilk bilgisayarlar yapıldı ve bilgisayar donanımı o kadar hızlı büyüdü ki, üretimdeki deneyim yoluyla büyüme, Moore yasası adı verilen ampirik bir ilişkide kodlandı . Bu 'yasa', bir entegre devredeki transistör sayısının her iki yılda bir ikiye katlandığını belirten projektif bir eğilimdir . Transistörler, yüzey alanı başına daha fazla güç paketlemek için küçülmeye başladıkça, elektronikte kuantum etkileri ortaya çıkmaya başladı ve bu da yanlışlıkla parazite neden oldu. Bu, algoritmaları tasarlamak için kuantum mekaniğini kullanan kuantum hesaplamanın ortaya çıkmasına yol açtı.

Bu noktada kuantum bilgisayarlar, belirli belirli problemler için klasik bilgisayarlardan çok daha hızlı olma vaadi gösterdi. Böyle bir örnek problem, Deutsch-Jozsa algoritması olarak bilinen David Deutsch ve Richard Jozsa tarafından geliştirilmiştir . Bununla birlikte, bu problem pratik uygulamalara çok az veya hiç sahip değildi. 1994 yılında Peter Shor , bir tamsayının asal çarpanlarını bulma konusunda çok önemli ve pratik bir problem buldu . Ayrık logaritma denilen bu sorun, bir kuantum bilgisayar üzerinde ancak bir klasik bilgisayar dolayısıyla o kuantum bilgisayarları Turing makineleri daha güçlü göstermeye verimli çözülebilir.

Bilgi teorisinden geliştirme

Bilgisayar biliminin bir devrim yaptığı zamanlarda, Claude Shannon aracılığıyla bilgi teorisi ve iletişim de öyleydi . Shannon, bilgi teorisinin iki temel teoremini geliştirdi: gürültüsüz kanal kodlama teoremi ve gürültülü kanal kodlama teoremi. Ayrıca , gönderilen bilgileri korumak için hata düzeltme kodlarının kullanılabileceğini de gösterdi .

Kuantum bilgi teorisi de benzer bir yörünge izledi, Ben Schumacher 1995'te qubit kullanarak Shannon'ın gürültüsüz kodlama teoremine bir analog yaptı . Kuantum bilgisayarların gürültüden bağımsız olarak verimli hesaplamalar yapmasını ve gürültülü kuantum kanalları üzerinden güvenilir iletişim kurmasını sağlayan bir hata düzeltme teorisi de geliştirildi.

Qubitler ve bilgi teorisi

Kuantum bilgisi, bit ile özetlenen klasik bilgiden çok çarpıcı ve alışılmadık şekillerde güçlü bir şekilde farklıdır . Klasik bilginin temel birimi bit iken, kuantum bilginin en temel birimi kübittir . Klasik bilgi Shannon entropisi kullanılarak ölçülürken , kuantum mekanik analogu Von Neumann entropisi'dir . Bir Verilen istatistiki ensemble ile kuantum mekanik sistemlerin yoğunluk matrisi , verilir klasik aynı entropi önlemlerin çoğu bilgi teorisi aynı zamanda Holevo entropi gibi, kuantum durumunda jeneralize olabilir koşullu kuantum entropi . ${\görüntüleme stili \rho }$${\displaystyle S(\rho )=-\operatöradı {Tr} (\rho \ln \rho ).}$

Klasik dijital durumların (ayrık olan) aksine, bir kübit, Bloch küresi üzerindeki bir yön ile tanımlanabilen sürekli değerlidir . Bu şekilde sürekli olarak değerlenmesine rağmen, bir kübit, kuantum bilgisinin mümkün olan en küçük birimidir ve kübit durumunun sürekli-değerli olmasına rağmen , değeri tam olarak ölçmek imkansızdır . Beş ünlü teorem, kuantum bilgisinin manipülasyonunun sınırlarını tanımlar.

1. bir kübitin (tamamen) klasik bitlere dönüştürülemeyeceğini belirten ışınlanmama teoremi ; yani tam olarak "okunamaz".
2. keyfi bir kübitin kopyalanmasını engelleyen klonlama yok teoremi .
3. rasgele bir kübitin silinmesini engelleyen silme yok teoremi .
4. bir yerden bir yere taşınabilmesine rağmen ( örneğin kuantum ışınlama yoluyla ) rastgele bir kübitin birden fazla alıcıya teslim edilmesini engelleyen yayın yok teoremi .
5. Kuantum bilgisinin korunumunu gösteren saklanmama teoremi .

Bu teoremler, evrendeki kuantum bilgisinin korunduğunu kanıtlar. Kuantum bilgi işlemede olasılıklar açarlar.

Kuantum bilgi işleme

Bir kübitin durumu tüm bilgilerini içerir. Bu durum sıklıkla Bloch küresi üzerinde bir vektör olarak ifade edilir . Bu durum, onlara doğrusal dönüşümler veya kuantum kapıları uygulanarak değiştirilebilir . Bu üniter dönüşümler , Bloch Sphere'de rotasyonlar olarak tanımlanır. Klasik kapılar Boole mantığının bilinen işlemlerine karşılık gelirken , kuantum kapıları fiziksel üniter operatörlerdir .

• Kuantum sistemlerinin değişkenliği ve durumların kopyalanmasının imkansızlığı nedeniyle, kuantum bilgilerinin depolanması klasik bilgilerin depolanmasından çok daha zordur. Bununla birlikte, kuantum hata düzeltmesinin kullanılmasıyla, kuantum bilgisi prensipte hala güvenilir bir şekilde saklanabilir. Kuantum hata düzeltme kodlarının varlığı, hataya dayanıklı kuantum hesaplama olasılığına da yol açmıştır .
• Klasik bitler, kuantum geçitleri kullanılarak kübitlerin konfigürasyonlarına kodlanabilir ve daha sonra bunlardan alınabilir. Kendi başına, tek bir kübit, hazırlığı hakkında bir bitten fazla erişilebilir klasik bilgi aktaramaz. Bu Holevo'nun teoremi . Bununla birlikte, süper yoğun kodlamada bir gönderici, iki dolaşık kübitten biri üzerinde hareket ederek, ortak durumları hakkında iki bit erişilebilir bilgiyi bir alıcıya iletebilir.
• Kuantum bilgisi, klasik bir iletişim kanalı kavramına benzer şekilde, bir kuantum kanalında hareket ettirilebilir . Kuantum mesajlarının kübit cinsinden ölçülen sonlu bir boyutu vardır; kuantum kanalları, saniyede kübit olarak ölçülen sonlu bir kanal kapasitesine sahiptir .
• Kuantum bilgisi ve kuantum bilgisindeki değişiklikler , von Neumann entropisi adı verilen bir Shannon entropisi analoğu kullanılarak nicel olarak ölçülebilir .
• Bazı durumlarda , hesaplamaları bilinen herhangi bir klasik algoritmadan daha hızlı gerçekleştirmek için kuantum algoritmaları kullanılabilir. Bunun en ünlü örneği, alt-üssel zaman alan en iyi klasik algoritmalara kıyasla, polinom zamanında sayıları çarpanlarına ayırabilen Shor algoritmasıdır . Çarpanlara ayırma, RSA şifrelemesinin güvenliğinin önemli bir parçası olduğundan , Shor'un algoritması , kuantum bilgisayarlar oyundayken bile güvenli kalan şifreleme şemalarını bulmaya çalışan yeni kuantum sonrası şifreleme alanını ateşledi . Kuantum üstünlüğünü gösteren diğer algoritma örnekleri arasında , kuantum algoritmasının mümkün olan en iyi klasik algoritma üzerinde ikinci dereceden bir hızlanma sağladığı Grover'ın arama algoritması yer alır. Karmaşıklık sınıf bir tarafından verimli bir şekilde çözülebilir sorunların kuantum bilgisayarın olarak bilinir BQP .
• Kuantum anahtar dağıtımı (QKD), pratikte olmasa da prensipte her zaman kırılabilen klasik şifrelemenin aksine, klasik bilgilerin koşulsuz olarak güvenli bir şekilde iletilmesini sağlar. QKD'nin güvenliği ile ilgili bazı ince noktaların hala hararetli bir şekilde tartışıldığını unutmayın.

Yukarıdaki tüm konuların ve farklılıkların incelenmesi, kuantum bilgi teorisini içerir.

Kuantum mekaniği ile ilişkisi

Kuantum mekaniği , mikroskobik fiziksel sistemlerin doğada dinamik olarak nasıl değiştiğinin incelenmesidir. Kuantum bilgi teorisi alanında, çalışılan kuantum sistemleri, gerçek dünyadaki herhangi bir karşılıktan soyutlanmıştır. Bir kübit, örneğin fiziksel olarak lineer bir optik kuantum bilgisayardaki bir foton , hapsedilmiş bir iyon kuantum bilgisayarındaki bir iyon veya süper iletken bir kuantum bilgisayardaki gibi büyük bir atom koleksiyonu olabilir . Fiziksel uygulamadan bağımsız olarak, kuantum bilgi teorisinin ima ettiği kübitlerin sınırları ve özellikleri, tüm bu sistemler karmaşık sayılar üzerinde aynı yoğunluk matrisleri aygıtı tarafından matematiksel olarak tanımlandığından geçerlidir . Kuantum mekaniği ile bir diğer önemli fark, kuantum mekaniği genellikle harmonik osilatör gibi sonsuz boyutlu sistemleri incelerken , kuantum bilgi teorisinin hem sürekli değişken sistemler hem de sonlu boyutlu sistemler ile ilgili olmasıdır.

Entropi ve bilgi

Entropi, fiziksel bir sistemin durumundaki belirsizliği ölçer. Entropi, hem klasik hem de kuantum bilgi teorileri açısından incelenebilir.

Klasik bilgiler

Klasik bilgi, Claude Shannon tarafından ortaya konan bilgi kavramlarına dayanmaktadır . Klasik bilgi, prensipte, bir miktar ikili dizilerde saklanabilir. İki durumu olan herhangi bir sistem yetenekli bir bittir.

Shannon entropisi

Shannon entropisi, rastgele bir değişkenin değerini ölçerek elde edilen bilgilerin nicelleştirilmesidir. Bunu düşünmenin başka bir yolu, ölçümden önce bir sistemin belirsizliğine bakmaktır. Sonuç olarak, Shannon tarafından resmedildiği gibi entropi, ya bir ölçüm yapmadan önce belirsizliğin bir ölçüsü olarak ya da söz konusu ölçümü yaptıktan sonra elde edilen bilginin bir ölçüsü olarak görülebilir.

Olaylarla ilişkili ayrı bir olasılık dağılımının bir işlevi olarak yazılan Shannon entropisi, bit birimlerinde bu olaylar dizisiyle ilişkili ortalama bilgi olarak görülebilir: ${\displaystyle P(x_{1}),P(x_{2}),...,P(x_{n})}$${\displaystyle x_{1},...,x_{n}}$

${\displaystyle H(X)=H[P(x_{1}),P(x_{2}),...,P(x_{n})]=-\sum _{i=1}^{ n}P(x_{i})\log _{2}P(x_{i})}$

Bu entropi tanımı, bir bilgi kaynağının çıktısını depolamak için gereken fiziksel kaynakları ölçmek için kullanılabilir. Yukarıda tartışılan Shannon entropisini yorumlama yolları, genellikle yalnızca bir deneyin örneklerinin sayısı büyük olduğunda anlamlıdır.

Renyi entropisi

Rényi entropi yukarıda tanımlandığı entropi Shannon bir genellemedir. Olaylarla ilişkili ayrık bir olasılık dağılımının bir fonksiyonu olarak yazılan r dereceli Rényi entropisi şu şekilde tanımlanır: ${\displaystyle P(a_{1}),P(a_{2}),...,P(a_{n})}$${\displaystyle a_{1},...,a_{n}}$

${\displaystyle H_{r}(A)={1 \over 1-r}\log _{2}\sum _{i=1}^{n}P^{r}(a_{i})}$

için ve . ${\displaystyle 0<r<\infty }$${\görüntüleme stili r\neq 1}$

Shannon entropisinin tanımına Rényi'den, ne zaman , Hartley entropisinin (veya maks-entropinin) ne zaman ve min-entropinin ne zaman tanımına varıyoruz . ${\displaystyle r\sağ ok 1}$${\görüntüleme stili r\sağ ok 0}$${\displaystyle r\sağ ok \infty }$

kuantum bilgisi

Kuantum bilgi teorisi, büyük ölçüde klasik bilgi teorisinin kuantum sistemlerine bir uzantısıdır. Kuantum sistemlerinin ölçümleri yapıldığında klasik bilgiler üretilir.

Von Neumann entropisi

Shannon entropisinin bir yorumu, bir olasılık dağılımıyla ilişkili belirsizlikti. Bir kuantum durumunun bilgisini veya belirsizliğini tanımlamak istediğimizde, olasılık dağılımları yoğunluk operatörleri tarafından basitçe değiştirilir . ${\görüntüleme stili \rho }$

${\displaystyle S(\rho )\equiv -\mathrm {tr} (\rho \ \log _{2}\ \rho )=-\sum _{i}\lambda _{i}\ \log _{2 }\ \lambda _{i}}$

${\displaystyle \lambda _{i}}$s özdeğerleridir . ${\görüntüleme stili \rho }$

Von Neumann, kuantum bilgisinde Shannon entropisinin klasik bilgide yaptığına benzer bir rol oynar.

Uygulamalar

kuantum iletişimi

Kuantum iletişimi , kuantum fiziğinin ve kuantum bilgisinin uygulamalarından biridir. Kuantum iletişimindeki bazı önemli özellikleri gösteren klonlamama teoremi gibi bazı ünlü teoremler vardır. Yoğun kodlama ve kuantum ışınlanma da kuantum iletişiminin uygulamalarıdır. Bunlar, kübit kullanarak iletişim kurmanın iki zıt yoludur. Işınlama, Alice ve Bob'un önceden paylaşılmış bir Bell durumuna sahip olduğu varsayımı altında iki klasik biti ileterek Alice ve Bob'dan bir kübit aktarırken, yoğun kodlama yine aynı varsayım altında bir kübit kullanarak iki klasik biti Alice'den Bob'a aktarır, Alice ve Bob'un önceden paylaşılmış bir Bell durumuna sahip olduğunu.

Kuantum anahtar dağıtımı

Kuantum kriptografisinin en iyi bilinen uygulamalarından biri, klasik anahtarın güvenlik sorununa teorik bir çözüm sağlayan kuantum anahtar dağıtımıdır. Kuantum anahtar dağılımının avantajı, klonlama yok teoremi nedeniyle bir kuantum anahtarı kopyalamanın imkansız olmasıdır . Birisi kodlanmış verileri okumaya çalışırsa, iletilen kuantum durumu değişecektir. Bu, gizli dinlemeyi tespit etmek için kullanılabilir.

• BB84

1984'te Charles Bennett ve Gilles Brassard tarafından geliştirilen ilk kuantum anahtar dağıtım şeması BB84 . Genellikle tek seferlik ped şifrelemede kullanılmak üzere bir özel anahtarı üçüncü bir taraftan diğerine güvenli bir şekilde iletme yöntemi olarak açıklanır.

• E91

E91 , 1991'de Artur Ekert tarafından yapıldı. Onun şeması dolanık foton çiftlerini kullanıyor. Bu iki foton, Alice, Bob veya kulak misafiri Eve dahil olmak üzere üçüncü bir şahıs tarafından oluşturulabilir. Fotonlardan biri Alice'e ve diğeri Bob'a dağıtılır, böylece her biri çiftten bir fotonla sonuçlanır.

Bu şema, kuantum dolaşıklığın iki özelliğine dayanır:

1. Dolanık durumlar mükemmel bir şekilde bağıntılıdır; bu, Alice ve Bob'un her ikisi de parçacıklarını dikey veya yatay polarizasyona sahip olarak ölçerlerse, her zaman %100 olasılıkla aynı yanıtı aldıkları anlamına gelir. Aynı şey, her ikisi de başka herhangi bir tamamlayıcı (ortogonal) polarizasyon çiftini ölçüyorsa doğrudur. Bu, iki uzak tarafın tam yönlülük senkronizasyonuna sahip olmasını gerektirir. Bununla birlikte, kuantum mekaniği teorisinden, kuantum durumu tamamen rastgeledir, bu nedenle Alice'in dikey polarizasyon mu yoksa yatay polarizasyon sonuçları mı alacağını tahmin etmesi imkansızdır.
2. Eve tarafından gizlice dinlemeye yönelik herhangi bir girişim, bu kuantum dolaşıklığı, Alice ve Bob'un algılayabileceği şekilde yok eder.

• B92

B92, BB84'ün daha basit bir versiyonudur.

B92 ve BB84 arasındaki temel fark:

• B92'nin sadece iki duruma ihtiyacı var
• BB84'ün 4 polarizasyon durumuna ihtiyacı var

BB84 gibi, Alice de Bob'a rastgele seçilmiş bitlerle kodlanmış bir dizi foton iletir ama bu sefer bitler Alice kullanması gereken bazları seçer. Bob, ölçmek için hala rastgele bir temel seçer, ancak yanlış temeli seçerse, kuantum mekaniği teorileri tarafından garanti edilen hiçbir şeyi ölçmeyecektir. Bob, gönderdiği her bitten sonra Alice'e doğru ölçüp ölçmediğini söyleyebilir.

kuantum hesaplama

Kuantum hesaplamada en yaygın kullanılan model , kuantum biti " qubit "e dayanan kuantum devresidir . Qubit, klasik hesaplamadaki bit'e biraz benzer . Qubitler 1 veya 0 kuantum durumunda veya 1 ve 0 durumlarının süperpozisyonunda olabilir . Bununla birlikte, kübitler ölçüldüğünde, ölçümün sonucu her zaman ya 0 ya da 1'dir; olasılıkları bu iki sonuçların bağlıdır kuantum halde qubits ölçüm hemen önce olduğunu belirtir.

Herhangi bir kuantum hesaplama algoritması, bir kuantum mantık kapıları ağı olarak temsil edilebilir .

kuantum eşevresizliği

Kuantum sistemi mükemmel bir şekilde izole edilmiş olsaydı, tutarlılığı mükemmel bir şekilde korurdu, ancak tüm sistemi test etmek imkansız olurdu. Örneğin bir ölçüm sırasında mükemmel bir şekilde izole edilmemişse, tutarlılık çevre ile paylaşılır ve zamanla kaybolmuş gibi görünür; bu sürece kuantum eşevresizliği denir. Bu sürecin bir sonucu olarak, tıpkı klasik mekanikte enerjinin sürtünmeyle kaybolmuş gibi görünmesi gibi, kuantum davranışı da görünüşte kaybolur.

Kuantum hata düzeltmesi

QEC , kuantum bilgisini uyumsuzluk ve diğer kuantum gürültüsünden kaynaklanan hatalardan korumak için kuantum hesaplamada kullanılır . Kuantum hata düzeltmesi, yalnızca depolanan kuantum bilgisindeki gürültüyle değil, aynı zamanda hatalı kuantum kapıları, hatalı kuantum hazırlığı ve hatalı ölçümlerle de başa çıkabilen hataya dayanıklı kuantum hesaplama elde etmek için gereklidir.

Peter Shor ilk olarak , bir kübitin bilgisini oldukça karışık bir ancilla kübit durumuna depolayarak bir kuantum hata düzeltme kodu formüle etme yöntemini keşfetti . Kuantum hata düzeltme kodu, kuantum bilgilerini hatalara karşı korur.

dergiler

Pek çok dergi, kuantum bilgi biliminde araştırma yayınlar , ancak yalnızca birkaçı bu alana adanmıştır. Bunlar arasında:

• Uluslararası Kuantum Bilgi Dergisi
• Kuantum Bilgi ve Hesaplama
• Kuantum Bilgi İşleme
• npj Kuantum Bilgisi
• Kuantum
• Kuantum Bilimi ve Teknolojisi

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar