叠加是量子系统的基本特征之一。它允许这些系统同时以多种状态的组合存在。例如,一个光子可以占据多个状态,每个状态对应不同的潜在结果。在我们与光子相互作用或测量光子之前,它处于一种同时包含所有可能状态的状态。然而,一旦进行相互作用或测量,叠加就会崩溃,光子就会稳定在一个特定的、定义明确的状态 [1]。另一个重要概念是纠缠的概念,爱因斯坦将其称为“鬼魅般的超距作用” [2]。量子纠缠是指两个系统强相关的状态,无论这两个系统相距多远,获得一个系统的信息就会立即获得另一个系统的信息 [3]。
五枚硬币之谜 23 纠缠——鬼魅般的超距作用 25 布洛赫球 26 肖尔算法 28 格罗弗算法 30 量子退火 32 量子隧穿 33 旅行商 34 退相干 36 量子纠错 37 结论 38 参考文献 39 第三章:数据经济 41 互联网 42 ARPANET 42 TCP/IP 43 繁荣、萧条与繁荣 44 社交媒体 45 大数据 48 结构化数据处理 49 非结构化数据处理 49 大数据架构 51 云 53 人工智能 55 人工智能的起源 55 模仿游戏 57 人工智能的化身 57 区块链 60 去中心化 60 不变性 61 可追溯性 62 量子计算 63 结论 63 参考文献 64 第四章:对金融服务的影响 65量子计算应用 66 市场风险 67 信用风险 69 技术限制 70 量子启发数字退火 71
爱因斯坦-波多尔斯基-罗森 (EPR) 操纵通常(隐式或显式)被视为幽灵般的超距作用的证据。操纵的另一种观点是,爱丽丝对鲍勃系统的物理状态没有因果影响;相反,爱丽丝只是通过对与鲍勃相关的系统进行测量来更新她对鲍勃系统状态的了解。在本文中,我们详细阐述了这一观点(从这一观点来看,“操纵”一词本身就不合适),并引出了 EPR 场景中相关性的资源理论处理。对于二分和多分场景,我们开发了由此产生的资源理论,其中自由操作是本地操作和共享随机性 (LOSR)。我们表明,在这个范式中,自由操作下的资源转换可以用一个半定程序实例来评估,从而使问题在数值上易于处理。此外,我们发现资源预序结构具有一些有趣的特性,例如无限的不可比资源家族。在展示这一点时,我们推导出新的 EPR 资源单调。我们还讨论了我们的方法相对于现有的“转向”资源理论的优势,并讨论了我们的方法如何阐明基本问题,例如哪些多部分组合可以用经典方式解释。
纠缠是量子力学的基础,也是新量子信息革命的基础。纠缠表明非局部关联超出了任何局部现实模型所能达到的范围。20 世纪 60 年代,约翰·贝尔 (John Bell) 设计了一种检验方法,通过指定一个在两个模型中具有不同最大界限的量,将此类隐变量理论与量子力学理论区分开来 [1]。自问世以来,贝尔检验一直是物理学基础研究的重点,它提供了一种手段来证明量子力学中的非局部效应 [2],验证纠缠的存在 [3],甚至探索超非局部理论的极限,这种理论可以预测比标准量子力学更强的关联 [4]。量子操控 [5-8] 等其他技术将纠缠验证的适用性扩展到了具有不同假设的更广泛场景。最初,这些非局域性测试被认为是“思想实验”,揭示了量子力学中意想不到的(或对某些人来说不合逻辑的)特征;然而,反复的实验验证了纠缠态标志性的关联性,毫无疑问,“鬼魅般的超距作用”是现实的一部分。这些测量技术的改进最终导致了使用贝尔不等式进行的三项“无漏洞”非局域性测试,提供了令人信服的证据,证明自然界确实是非局域的 [9-11]。与此同时,
b'对于刚才描述的情况,我们更喜欢使用术语 \xe2\x80\x9c 不可分离状态。\xe2\x80\x9d 要了解原因,我们必须研究纠缠与不可分离性之间的关系。量子力学的基本原理是任何纠缠态的波函数必然是不可分离的。例如,考虑量子态 | \xcf\x88\xe2\x8c\xaa = (| \xe2\x8c\xaa 1 | \xe2\x8c\xaa 2 \xe2\x88\x92 | \xe2\x8c\xaa 1 | \xe2\x8c\xaa 2 )/ 2,其中 | \xe2\x8c\xaa 1 表示粒子 1 处于量子态 ,另一个(空间上分离的)粒子 2 处于状态 ,其他量也是如此。状态 \xcf\x88 具有这样的属性,即如果对粒子 1 的测量显示它处于状态 ,那么对粒子 2 的测量肯定会显示它处于状态 ,反之亦然。尽管如此,在进行任何测量之前,每个粒子处于状态 或 的概率都是相等的。虽然所有纠缠态都是不可分离的,但我们认为,所有不可分离状态都是纠缠的并不正确(见图)。我们不想用纠缠来描述不可分离状态,因为在这种情况下没有非局域性的意义。事实上,没有一个经典系统能够产生真正的量子纠缠,即爱因斯坦所说的\xe2\x80\x9c 鬼魅般的超距作用。\xe2\x80\x9d'
I. 引言 在过去的几十年里,无线通信取得了巨大的进步[1]。然而,即将到来的无线网络需要更快、更高效、更安全的信息交换,而量子通信似乎是一个有前途的解决方案。量子世界具有反直觉的特性,几十年来一直受到物理学家的广泛关注。量子力学是控制粒子行为的基本理论,为广泛的技术进步开辟了道路。事实上,量子力学最有前途的实现在于它有可能彻底改变我们彼此交流的方式。量子通信正是利用了两个基本理论,即量子纠缠和量子叠加。事实上,量子纠缠的概念最初是由著名物理学家阿尔伯特·爱因斯坦提出的,俗称“鬼魅般的超距作用”。具体来说,纠缠是一种将量子比特互连的现象,即一个状态与另一个状态相关联,而与行进距离无关 [2]。而叠加是另一种现象,其中量子可以同时存在于多个状态中。这种旋转量子对的对偶守恒主要用于信息编码,称为量子移位键控 (QSK)。与使用经典比特的经典通信不同,量子通信使用量子比特,俗称量子比特。图1 通过量子比特传输信息的图示。除了信息交换的新定义之外,量子传输还提供了其他几个互补的功能,特别是研究重点是增强网络安全性。纠缠现象用于生成加密密钥,称为量子密钥分发 (QKD)。QKD(定义见第 III-A 节)是一种安全通信协议,它利用量子力学原理确保加密密钥的机密性。本文回顾了量子通信的原理、优势和潜在应用,简要概述了量子通信,包括 a) 量子通信的作用