【摘要】 基于力學(xué)理論研究的量子信息技術(shù)，具有高效率和絕對(duì)安全等特點(diǎn)，熵的不確定性，量子糾纏所設(shè)計(jì)的力學(xué)基本問(wèn)題，包含了實(shí)在性、定域性、以及隱變量等，基于此，本文主要探究了糾纏輔助的熵的不確定關(guān)系，以及量子技術(shù)發(fā)展方向，供相關(guān)人員參考。

【關(guān)鍵詞】 糾纏輔助;熵;不確定關(guān)系;量子信息

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.04.026

Entanglement Assisted Entropy Uncertainty Relation and its Application to Quantum Information

LI Gang

（School of Physics and Electronic Information，Yan'an University，Yan'an 716000，China）

Abstract： On the basis of mechanics theory research of quantum information technology，has the characteristics of high efficiency and absolute safety，the uncertainty of entropy，the design of mechanical basic quantum entanglement，contains the factuality，locality，and hidden variables，etc.，based on this，this paper mainly explores the entanglement assisted entropy uncertainty relationship and the development direction of quantum technology，for the reference of relevant personnel.

Key words： entanglement assist;entropy;uncertain relation;quantum information

1 糾纏輔助的熵的不確定關(guān)系

半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，引領(lǐng)信息技術(shù)出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，促進(jìn)了信息技術(shù)的發(fā)展，但是由Moore定律可以知道，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展是有上限的，當(dāng)半導(dǎo)體的技術(shù)發(fā)展達(dá)到上限之后，這時(shí)信息技術(shù)將何去何從，未來(lái)將如何發(fā)展是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。隨之而來(lái)的就是量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，這又是一個(gè)新的里程碑，量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展是必然趨勢(shì)，與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)不同，量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行是依據(jù)力學(xué)原理進(jìn)行的，利用微觀粒子進(jìn)行信息的表示研究，這也就是所謂的量子信息。量子力學(xué)與信息技術(shù)能夠結(jié)合在一起發(fā)展，主要是量子系統(tǒng)中的一些特性能夠促使量子可以在現(xiàn)實(shí)中加以利用。

不確定關(guān)系作為研究量子力學(xué)的一個(gè)重要的組成部分，能夠影響兩個(gè)作為互補(bǔ)量結(jié)果的不確定度。熵的不確定關(guān)系，逐漸向量子糾纏擴(kuò)展。一個(gè)粒子在被探測(cè)時(shí)，如果被探測(cè)粒子的信息被觀測(cè)粒子擁有，那么兩個(gè)粒子信息都會(huì)被準(zhǔn)確的探測(cè)到，此時(shí)的不確定關(guān)系將不在成立。而被測(cè)粒子的不確定度的大小，與觀測(cè)粒子的糾纏度大小有關(guān)系，也就是說(shuō)觀測(cè)粒子的儲(chǔ)存量子信息，當(dāng)兩個(gè)粒子的糾纏態(tài)達(dá)到最高水平時(shí)，兩個(gè)粒子的信息將被準(zhǔn)確的探測(cè)到，也就是說(shuō)產(chǎn)生了一個(gè)新的海森堡不確定關(guān)系，新的海森堡不確定關(guān)系具體表現(xiàn)為：

[HR|B+HS|B≥log21C+HA|B]

公式中的[HR|B]，以及[HS|B]，兩個(gè)成立的條件是馮·諾依曼熵。也就是說(shuō)，被測(cè)粒子用R和S表示，觀測(cè)粒子為B，在觀測(cè)粒子儲(chǔ)存信息大小的輔助下，探測(cè)到R和S粒子的不確定度，B作為輔助粒子，進(jìn)一步探討理想態(tài)下不確定關(guān)系。

由A，B兩個(gè)粒子組成的復(fù)合量子體系，理想情況下的貝爾態(tài)不受影響，串?dāng)?shù)之前與之后的形態(tài)并沒(méi)有發(fā)生任何的變化，因此，首先需要確定的是R和S的重疊量。

其中R的本征態(tài)為：[R=σX=0110]，[R（ab）=λ（ab）]，[-λ11-λ（ab）=0]，[-λ11-λ=0]，[λ2-1=0λ=1，-1]，[丨ψr>=12（丨0>±丨1>）]。

S的本征態(tài)為：[S=στ=100-1]，[R（ab）=λ（ab）]，[1-λ00-1-λ（ab）=0]，[1-λ00-1-λ=0]，[∴λ=1，-1]，[丨γs>=丨0>或丨1>]。

計(jì)算計(jì)算A和B之間的條件馮·諾依曼熵：[HA|B=HA，B-HB]，因?yàn)閇HA|B=-trρABlog2ρAB=-XλXlog2λX]。

最后，[HS|B=HS，B-HB=0]，最終得到[E左=HR|B+HS|B]=0，[E右=log21C+HA|B]=0，這個(gè)結(jié)果表明，在理想狀態(tài)下，不確定等于零，也就是說(shuō)粒子的信息量傳輸不受影響，形態(tài)不會(huì)發(fā)生變化。

綜上所述，在理想狀態(tài)下，此時(shí)的不確定關(guān)系是等于零的，也就是說(shuō)在這個(gè)狀態(tài)下，粒子信息量的傳輸形態(tài)不受任何因素的影響，也是粒子信息量需要達(dá)到的目標(biāo)，但是除去理想狀態(tài)，在不理性狀態(tài)下，粒子的信息量傳輸形態(tài)肯定會(huì)受到一定的影響。

2 量子技術(shù)發(fā)展方向

2.1 發(fā)展方向

搜索量子技術(shù)關(guān)鍵詞，可以發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)中，關(guān)于量子技術(shù)相關(guān)內(nèi)容最早的文獻(xiàn)發(fā)表于1989年，其中中文參考文獻(xiàn)有828條，英文文獻(xiàn)有858條，專(zhuān)利數(shù)量為67條。從數(shù)據(jù)上看，我國(guó)對(duì)于量子技術(shù)的研究還處于發(fā)展階段，研究的數(shù)量較少，仍需要加大對(duì)量子技術(shù)的研究力度，從文獻(xiàn)的研究中可以提出以下發(fā)展方向。

2.1.1 量子雷達(dá)對(duì)抗

量子雷達(dá)對(duì)抗的框架主要是以兩種形態(tài)出現(xiàn)，一種是經(jīng)典信號(hào)、另一種是量子信號(hào)，見(jiàn)圖1所示。同時(shí)由兩個(gè)信號(hào)通道進(jìn)行量子信息的檢測(cè)，量子信號(hào)的發(fā)展過(guò)程中，面臨的威脅因素較多，而量子檢測(cè)過(guò)程中，最終量子信號(hào)的發(fā)展方向會(huì)逐漸向“矢量化”“微波化”兩個(gè)方向發(fā)展。

2.1.2 微波量子偵察

微波量子偵察的發(fā)展階段，正處在從科學(xué)研究到工程應(yīng)用的發(fā)展過(guò)程中，微波量子偵察主要是想通過(guò)技術(shù)的完善和改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)速，增加系統(tǒng)的靈敏度。

2.2 技術(shù)瓶頸

2.2.1 量子雷達(dá)對(duì)抗技術(shù)瓶頸

相干態(tài)量子接收機(jī)研制。相干態(tài)量子雷達(dá)的對(duì)抗難點(diǎn)在于偵察，只有合適的相干態(tài)本振才可能實(shí)現(xiàn)對(duì)相干態(tài)量子雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè)。參考分區(qū)檢測(cè)量子接收機(jī)，應(yīng)用于相干態(tài)量子雷達(dá)偵察的分區(qū)檢測(cè)量子偵察接收機(jī)架構(gòu)示意圖如圖2所示。

在現(xiàn)有技術(shù)條件下，量微波量子的物理過(guò)程比較復(fù)雜，現(xiàn)有的物理模型沒(méi)有適合微波量子物理化發(fā)展的應(yīng)用模型，主要的過(guò)程可用“冷調(diào)制——常溫傳輸——低溫傳感”表示。

2.2.2 微波量子偵察技術(shù)的瓶頸

1）噪聲抑制達(dá)到上限。微波量子偵察技術(shù)的核心關(guān)鍵系統(tǒng)就是原子系統(tǒng)，突破噪聲抑制的上限水平，就需要不斷的進(jìn)行量子信息的研究，從而無(wú)限接近無(wú)噪聲的狀態(tài)效果。

2）快速調(diào)整工作頻段，立即擴(kuò)展帶寬。微波量子偵察的瞬時(shí)帶寬是需要有理論數(shù)據(jù)支持的，在偵察過(guò)程中，由于時(shí)間的限制，導(dǎo)致微波量子的信息帶調(diào)度難以實(shí)現(xiàn)，調(diào)速的速度較慢，需要通過(guò)其他的技術(shù)進(jìn)行輔助實(shí)現(xiàn)快速調(diào)速。

3）量子光學(xué)系統(tǒng)集成。產(chǎn)業(yè)鏈的集成也許量子光學(xué)系統(tǒng)集成的一個(gè)重要組成部分，其中包括對(duì)專(zhuān)用器件、關(guān)鍵器件等的研發(fā)，以及國(guó)產(chǎn)化發(fā)展。它屬于一套技術(shù)瓶頸，需要齊心協(xié)力突破量子信息等科學(xué)工程技術(shù)。技術(shù)、量子工程技術(shù)、激光光學(xué)和微納加工等應(yīng)用需要長(zhǎng)期持續(xù)投資作為牽引。

3 總結(jié)

總之，信息高速發(fā)展的過(guò)程中，時(shí)代發(fā)展逐漸向信息化發(fā)展，其中信息的大容量?jī)?chǔ)存，以及數(shù)據(jù)處理的速度和交換速度，是信息化發(fā)展的大趨勢(shì)，而儲(chǔ)存容量和處理速度是影響信息技術(shù)發(fā)展的重要因素。因此，通過(guò)糾纏輔助熵的不確定關(guān)系，將量子糾纏通過(guò)熵輔引入不確定關(guān)系，研究糾纏輔助的熵的不確定關(guān)系及在量子信息，具有重要的意義。量子信息技術(shù)的發(fā)展是未來(lái)的必然趨勢(shì)，但是現(xiàn)存的量子技術(shù)發(fā)展也與遇到瓶頸，當(dāng)微波量子偵察技術(shù)、量子雷達(dá)對(duì)抗技術(shù)等，在不斷的發(fā)展中，會(huì)出現(xiàn)技術(shù)瓶頸，需要不斷的進(jìn)行研究，從而突破瓶頸，將量子技術(shù)推向一個(gè)新的里程。

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【作者簡(jiǎn)介】

李剛（1985-），男，講師，博士，研究方向?yàn)榱孔庸鈱W(xué)與量子信息。