Fyzické informace
Fyzické informace odkazuje obecně k informacím, které jsou obsažené ve fyzickém systému. Nejprve, co je informace?Informace sám může být volně definován jak " to který rozlišuje jednu věc od jiného. " informace, které jsou obsažené ve věci mohou tak být řekl, aby byl identita zvláštní věci, sám, to je, všichni jeho vlastností, všichni to dělá to odlišný od jiných (skutečných nebo potenciálních) věcí.
Klasický vs. Kvantové informace
Pro fyzické systémy, my musíme rozlišovat mezi klasickými informacemi a kvantovými informacemi. Kvantové informace specifikují kompletní kvantový státní vektor (equivalently, wavefunction) systému, zatímco klasické informace, ostře mluvit, jen vypozoruje kvantový stát jestliže jeden je již daný prespecified soubor rozeznatelný (orthogonal) kvantové státy vybrat si z; takový soubor tvoří základ pro vektorovou dobu všech možný (čistý) kvantové státy. Kvantové informace mohou tak být zvažován sestávat z (1) volba základu takový to aktuální kvantový stát je stejný s jedním z vektorů základu, plus (2) klasické informace specifikovat kterého těchto vektorů základu je ten skutečný.
Poznamenat, že množství klasických informací v kvantovém systému dává maximální množství informací, které mohou vlastně být změřen a vyjatý od toho kvantového systému pro použití externí klasický (decoherent) systémy, od jediného základu státy jsou operačně rozeznatelné od sebe navzájem. Nemožnost rozlišovat mezi non-orthogonal státy je základní pravidlo kvantové mechaniky, ekvivalent k Heisenberg je princip neurčitosti. Protože jeho obecnější pomůcky, zbytek tohoto článku rozdělí primárně s klasickými informacemi, ačkoli kvantová teorie informace přece také má některá potenciální využití (kvantová práce na počítači, kvantová kryptografie, quantum teleportation) to být současně být aktivně prozkoumán oběma teoretiky a experimentalists [1].
Množství (klasických) informací může být počítáno takto [2]. Pro systém S, definovaný abstraktně v takový cesta to to má N rozeznatelné státy (orthogonal kvantové státy) to být shodný s jeho popisem, množství informací Já(S) obsažený v systému je stát může být řekl, aby byl žurnál (N). Logaritmus je vybrán pro tuto definici od té doby, co to má výhodu, že tato míra obsahu informací je přísada když concatenating nezávislé, nespojené podsystémy; e. g., jestliže podsystém má Já() =N rozeznatelné státy (žurnál (N) obsah informací) a nezávislý podsystém B má Já(B) =M rozeznatelné státy (žurnál (M) obsah informací), pak concatenated systém má NM rozeznatelné státy a obsah informací Já(AB) = žurnál (NM) = žurnál (N) + žurnál (M) = Já() + Já(B). My očekáváme informace být přísada od našich každodenních vztahů s významem slova, e. g., to dvě strany knihy mohou obsahovat dvakrát jako hodně informací jako jedna strana.
Základ logaritmu používaného v této definici je libovolný od té doby, co to ovlivní výsledek jediný multiplikativní konstanta, který určuje jednotka informací, které jsou znamenala. Jestliže žurnál je zaujatý základ 2, jednotka informací je binární číslo nebo kousek (tak pojmenovaný John Tukey); jestliže my používáme přirozený logaritmus místo toho, my bychom mohli volat vyplývající jednotku " nat. " ve velikosti, nat je zřejmě totožný k Boltzmann je konstanta k nebo konstanta ideálního plynu R, ačkoli tyto zvláštní kvantity jsou obvykle rezervovány změřit fyzické informace, které se stanou být entropie, a to být vyjádřen ve fyzických jednotkách takový jak Joules na Kelvin, nebo kilocalories na krtka na Kelvin.
Snadný způsob, jak rozumět fyzický entropie sám je takto: Entropie je jednoduše ta část (klasické) lékařské prohlídky informace obsažené v systému jehož identita (jak protichůdný k množství) je neznámý. Tato neformální charakterizace sedí von Neumannova formální definice entropie smíšeného kvantového státu, stejně jako shannonská definice entropie distribuce pravděpodobnosti přes klasické státy [2].
A dokonce když přesný stav systému je znán, my můžeme říkat, že informace v systému jsou ještě účinně entropie jestliže ty informace jsou účinně nestlačitelné, to je, jestliže tam být ne známý nebo feasibly určitelné korelace nebo nadbytečnosti mezi různými údaji uvnitř systému. Poznamenat, že tato definice může být prohlížena jak ekvivalentní k tomu předchozímu (neznámé informace) jestliže my vezmeme meta-pohled a říkat, že pro pozorovatele znát stav systému B prostředky jednoduše to pozorovatele je konečná korelace mezi státem a stav systému B; tato korelace mohla být používána meta-pozorovatel slisovat jeho popis systému kloubu AB [3].
- Michael A. Nielsen a Isaac L. Chuang, Kvantové počítání a kvantové informace, Cambridge univerzitní tiskárna, 2000.
- Michael P. Frank, " fyzický limity práce na počítači ", Práce na počítači ve vědě a inženýrství, 4(3): 16-25, květen / červen 2002. http: / / www. cise. ufl. edu / výzkum / revcomp / physlim / plpaper. html.
- W. H. Zurek, " algoritmická náhodnost, fyzický entropie, měření, a démon výběru, " v [4], pp. 393-410, a dotisknutý v [5], pp. 264-281.
- J. G. Hey, ed., Feynman a počítání: Prozkoumávat limity počítačů, Perseus, 1999.
- Harvey S. Leff a Andrew F. Rex, Maxwellův démon 2: Entropie, klasický a kvantové informace, práce na počítači, Institut fyziky publikovat, 2003.