從電腦信息論到量子計(jì)算機(jī)信息論

《從電腦信息論到量子計(jì)算機(jī)信息論》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、從電腦信息論到量子計(jì)算機(jī)信息論從電腦信息論到量子計(jì)算機(jī)信息論王德奎1劉月生2（1四川綿陽日?qǐng)?bào)社，四川綿陽，6210002河池學(xué)院政法系，廣西宜州546300）摘要：綜合“信息”的“雙重解”結(jié)構(gòu)，不管是強(qiáng)“不可克隆”，還是弱“不可克隆”，“結(jié)構(gòu)信息”一般是“不可克隆”的。而不管是強(qiáng)“克隆”，還是弱“克隆”，“交換信息”一般是“克隆”的。而所謂的觀察、測量，其本質(zhì)也是一個(gè)“克隆”問題。但量子計(jì)算機(jī)（量腦）的計(jì)算本質(zhì)，則不類似電腦是一個(gè)提高“克隆”質(zhì)量的問題，而是一個(gè)把“不可克隆”的問題，轉(zhuǎn)化為一個(gè)可觀察、測量的“克隆”問題。關(guān)鍵詞：電腦、量子計(jì)算機(jī)、雙

2、重解結(jié)構(gòu)、克隆、結(jié)構(gòu)信息、交換信息、三旋理論一、電腦信息論有一個(gè)比知識(shí)更天然和更基礎(chǔ)的概念，這個(gè)概念便是信息。但信息如若沒有定義，則是個(gè)貧乏的概念，其他概念也不能據(jù)此得到表達(dá)和關(guān)聯(lián)。而信息流的運(yùn)作層面，要比知識(shí)的獲取和傳播更為基本。因此，信息盡管也通過語言傳遞，但也只在由知覺傳遞，由記憶儲(chǔ)存。量子理論與相對(duì)論是二十世紀(jì)物理學(xué)兩大支柱，也是二十世紀(jì)物理學(xué)所取得的最輝煌的成果。到1982年，Wotters和Zurek在《Nature》雜志上發(fā)表一篇短文，提出所謂的量子不可克隆定理：即一個(gè)未知的量子態(tài)不可能被完全精確復(fù)制。這個(gè)定理，雖然有人認(rèn)為已經(jīng)蘊(yùn)涵在

3、量子態(tài)疊加原理的最基本的量子力學(xué)原理之中，其實(shí)質(zhì)是量子態(tài)疊加原理的一個(gè)重要推論，但筆者不完全同意這個(gè)結(jié)論；量子不可克隆定理給量子信息的提取設(shè)置的不可逾越的界限，以及“量子態(tài)不可克隆原理”指明環(huán)境的不可避免地破壞量子的相干性，就已經(jīng)能說明，克隆與不可克隆，其本質(zhì)是介入傳統(tǒng)問題的新視角。而且量子不可克隆定理已經(jīng)開始能應(yīng)對(duì)來自信息世界和信息社會(huì)新的智力挑戰(zhàn)。然而早在17世紀(jì)的科學(xué)革命，使哲學(xué)家將其注意力從可知客體的本質(zhì)轉(zhuǎn)移到客體與認(rèn)知主體之間的知識(shí)關(guān)系，隨后而來的信息社會(huì)的發(fā)展以及現(xiàn)在管理信息圈的工具、組織、信息圈數(shù)百萬人打發(fā)他們時(shí)間的語義環(huán)境的出現(xiàn)，信

4、息已上升為一個(gè)基本概念，并突出了信息與計(jì)算科學(xué)的概念、方法和理論基礎(chǔ)。這是自人工智能早期工作以來就很清楚的事。特別是1948年，申農(nóng)(Shannon)指出通信的極限而奠定的信息論基礎(chǔ)；這個(gè)基礎(chǔ)最初出發(fā)點(diǎn)似乎非常簡單，但卻不簡單。申農(nóng)定義的“信息”概念是，信息的最基本形式是某一事物的對(duì)與錯(cuò)。這個(gè)“對(duì)與錯(cuò)”，和“克隆與不可克隆”，介入信息的視角是完全不同的，其本質(zhì)是電腦（電子計(jì)算機(jī)）信息論。因?yàn)椤皩?duì)與錯(cuò)”可以用一個(gè)二進(jìn)制單位，或者說一個(gè)“比特”，以“1”或“0”的形式來表達(dá)。在這一過程中，申農(nóng)有一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)，通過信息編碼來對(duì)付各種形式的干擾，能將信息

5、從一個(gè)地點(diǎn)傳送到另一個(gè)地點(diǎn)。目前，關(guān)于電腦與信息研究，已經(jīng)結(jié)出累累碩果，影響也日益廣泛，可以說，現(xiàn)在信息論研究的三個(gè)范疇：A.狹義信息論；B.一般信息論；C.廣義信息論，其本質(zhì)都屬于電腦信息論，即是可克隆的內(nèi)容。同時(shí)申農(nóng)的定義，使信息成為人們對(duì)事物了解的不確定性的消除或減少。這也是從“對(duì)與錯(cuò)”的角度下的定義，例如信源發(fā)出了某種情況的不了解的“對(duì)”的狀態(tài)，即消除了不定性；并且能用概率統(tǒng)計(jì)的數(shù)學(xué)方法，來度量為定性被消除的量的大?。喝缫訦（x）為信息熵，是信源整體的平均不定度；而信息I（p）是從信宿角度代表收到信息后消除不定性的程度，所以它只不在信源發(fā)出

6、的信息熵被信宿收到后才有意義。在排除干擾的理想情況下，信源發(fā)出的信號(hào)與信宿接收的信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，H（x）與I（p）二者相等。所以信息熵的公式也就是信息量的分式。當(dāng)對(duì)數(shù)以2為底時(shí)，單位稱比特（bit）,信息熵是l0g2=1比特。然而在熱力學(xué)中，熵是物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的一個(gè)函數(shù)，它表示微觀粒子之間無規(guī)則的排列程度，即表示系統(tǒng)的紊亂度。這正如一個(gè)系統(tǒng)中的信息量是它的組織化程度的度量，一個(gè)系統(tǒng)的熵就是它的無組織程度的度量；即這一個(gè)正好是那一個(gè)的負(fù)數(shù)。這也說明信息與熵是一個(gè)相反的量，信息是負(fù)熵，它表示系統(tǒng)獲得后無序狀態(tài)的減少或消除，即消除不定性的大小。然而，不管是語

7、法信息、語義信息、語用信息；離散信息、連續(xù)信息；二元信息、多元信息；自然信息，社會(huì)信息，科技信息，文藝信息，經(jīng)濟(jì)信息；前饋信息、反饋信息；真實(shí)信息、虛假信息；有用信息、無用信息；概率信息，突發(fā)信息，確定信息、模糊信息等，從應(yīng)用、來源、載體分類來說多么復(fù)雜，但它們具有的，1、可識(shí)別；2、可轉(zhuǎn)換；3、可傳遞；4、可加工處理；5、可多次利用（無損耗性）；6、在流通中擴(kuò)充；7、主客體二重性；8、可度量性；9．可存儲(chǔ)性；10．時(shí)效性；11．排序性等，都與“可克隆”的性質(zhì)類似。特別是關(guān)于信息傳輸?shù)挠行?、可靠性、保密性和認(rèn)證性研究中，例如信源熵的定義、量化，信

8、源編碼、信道編碼、加密編碼、解密編碼，以及關(guān)于信息的計(jì)量、發(fā)送、傳遞、交換、接收和儲(chǔ)存等問題，更是屬于的電腦信息論的內(nèi)容。