19、量子信息理论：概念、应用与经典量子差异探索

量子信息理论：概念、应用与经典量子差异探索

1. 量子信息概念

1.1 量子通信系统构成

量子通信系统主要由以下部分构成：
- 量子源：依据概率分布产生一系列量子系统，这些系统可以是处于纯态的单个系统，也可以是处于纯态的更大系统的一部分。
- 量子压缩设备：对量子源产生的系统进行操作，以最小化传输量子信息所需的资源。
- 量子信号：作为通信系统两端之间的连接桥梁。
- 解压缩设备：从量子信号中重现量子信息。

1.2 量子信息的两种类型

Schumacher在1995年提出的量子信息概念与Shannon的信息概念类似。Schumacher信息可分为两个子概念：
- 量子数量信息：由冯·诺伊曼熵量化，它描述的是成功通信所需的最小资源，并非某种存在于量子信号中的物质数量，而是描述量子信息源的一个量。
- 量子类型信息：指量子信息源产生的令牌类型，是一种抽象实体，代表了源产生的系统在所有测量环境中的统计行为。

1.3 通信成功标准

通信所需的最小资源取决于所采用的成功标准。这里倡导的成功标准是，当量子源产生的序列长度趋于无穷大时，传输过程的纠缠保真度趋近于1。纠缠保真度衡量了系统在经历某个过程时，与之相关的量子信息的保留程度，可解释为初始系统和经过过程后的系统通过“相同性”测试的概率。“相同性”从统计角度理解，即两个系统在所有测量环境中表现相同，包括对序列中单个系统、序列部分以及序列与其他系统的测量。

2. 重新构想量子力学

2.1 量子力学的新视角

Bub认为应将测量设备视为根据概率分布产