[论文解读] The Transactional Nature of Quantum Information

Subhash Kak|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2009

Quantum Mechanics and Applications参考文献 9被引用 3

一句话总结

本文提出量子信息的事务性诠释，主张信息本质上是关系性的，仅在发送方的选择被传达给接收方时才具有意义。与冯·诺依曼熵不同，所提出的度量方法为未知的纯量子态赋予非零信息，使得通过重复测量可实现潜在的无限信息提取，从而将量子信息重新定义为一种动态的、关系性的事务，而非静态属性。

ABSTRACT

Information, in its communications sense, is a transactional property. If the received signals communicate choices made by the sender of the signals, then information has been transmitter by the sender to the receiver. Given this reality, the potential information in an unknown pure quantum state should be non-zero. We examine transactional quantum information, which unlike von Neumann entropy, depends on the mutuality of the relationship between the sender and the receiver, associating information with an unknown pure state. The information that can be obtained from a pure state in repeated experiments is potentially infinite.

研究动机与目标

• 将量子信息重新定义为非静态属性，而是一种发送方与接收方之间的事务性过程。
• 挑战将冯·诺依曼熵作为量子信息唯一度量的常规用法。
• 证明未知的纯量子态在反复测量时可携带非零、潜在无限的信息。
• 建立基于发送方与接收方之间相互关联的量子信息理论基础。
• 提供一个概念框架，其中信息仅通过完成量子测量事务而产生。

提出的方法

• 提出量子信息的事务性模型，其中信息仅在发送方的选择通过量子态传达给接收方时才得以传输。
• 将信息定义为依赖于发送方与接收方相互作用的关系性属性，而非仅依赖于状态本身。
• 主张纯态中蕴含的潜在信息非零，且可通过重复的实验制备与测量加以获取。
• 运用量子力学事务性诠释中的“事务”概念，将信息交换框架化为发射者与吸收者之间的“握手”。
• 拒绝冯·诺依曼熵作为捕捉纯态全部信息潜力的充分度量。
• 引入一种新的信息度量，其依赖于发送方与接收方之间的相互关联，强调选择与确认在信息传输中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在缺乏接收方或未完成测量事务的情况下，能否对量子信息作出有意义的定义？
• RQ2 为何冯·诺依曼熵对纯态赋予零信息，尽管其具有可重复的测量结果？
• RQ3 当未知纯量子态被反复制备并测量时，其信息含量为何？
• RQ4 量子力学中信息的关系性与经典信息理论有何不同？
• RQ5 量子事务的概念能否完全解释量子系统中信息的产生？

主要发现

• 当反复测量时，未知纯量子态的信息含量非零且潜在无限。
• 事务性诠释比冯·诺依曼熵提供了更完整的量子信息描述，后者未能捕捉信息的关系性本质。
• 量子力学中的信息并非状态本身的属性，而是源自发送方与接收方之间相互作用的产物。
• 从单一纯态中实现无限信息提取的潜力，源于量子测量的可重复性以及选择的确认。
• 本文确立了量子信息本质上是事务性的——必须同时具备发射与接收才具有意义。
• 该框架将量子信息重新定义为一种动态的、关系性的过程，而非静态的、依赖于状态的量。