【转】浅议 “ 经典比特 ” 和 “ 量子比特 ”

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看过袁岚峰先生关于量子信息的系列科普博文《你完全可以理解量子信息(之一)》之后,感到有必要普及 “ 信息 ” 的概念:1948 年,数学家香农在题为 “ 通讯的数学理论 ” 的论文中为 “ 信息 ” 所下的定义:“ 信息是用来消除随机不定性的东西 ” 。

一个 “ 经典比特 ” ,对应一位二进制数,信息容量空间为 1 比特(只能容纳两个可能的情况中的一个,因为,log2² = 1 ,谓之 1 比特)。只有当这 1 比特信息容量空间,被 0(或者 1 )填充、有确定值时,两个可能的情况中的一个情况被排除(不确定性得以消减),才意味着 “ 信息 ” 被写入了 1 比特信息容量空间;读取这 1 比特信息容量空间所写入的内容,就获得了 1 比特信息量。

两个 “ 经典比特 ” ,对应两位二进制数,信息容量空间为 2 比特(只能容纳四个可能的情况中的一个,因为,log2⁴ = 2 ,谓之 2 比特)。只有当这 2 比特信息容量空间,被 0(或者 1 、2 、3 之一)填充、有确定值时,四个可能的情况中的三个情况被排除(不确定性得以消减),才意味着 “ 信息 ” 被写入了 2 比特信息容量空间;读取这 2 比特信息容量空间所写入的内容,就获得了 2 比特信息量(更多 “ 经典比特 ” 的情况,照此类推)。

在袁先生博文中,对一个 “ 经典比特 ” 和一个 “ 量子比特 ” ,做了一个形象的比喻:

我们还可以做一个比喻:经典比特是 “ 开关 ” ,只有开和关两个状态( 0 和 1 ),而量子比特是 “ 旋钮 ” ,就像收音机上调频的旋钮那样,有无穷多个状态(所有的 a|0> + b|1> )。显然,旋钮的信息量比开关大得多

在袁先生的这个比喻里,实际上犯了将 “ 信息容量 ” 混为 “ 信息量 ” 的错误。在袁先生的比喻中,一个 “ 量子比特 ” 具有无限大的信息容量,但只有令旋钮指定一个特定位置时,才算在这个无限大信息容量空间里,写入了确定的信息,才具有在无限多种可能情况中确定一种情况,排除其它无限多种情况的巨大信息量。如果不能在一个 “ 量子比特 ” 空间里确定地写入特定信息,无法保真读取所写入的特定信息,那么一个 “ 量子比特 ” 能够提供的信息量为零!

 

转自:

  • http://blog.sciencenet.cn/blog-1352526-1095110.html
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