Šta je kvantno koherentna informacija i kako je povezana sa uslovnom kvantnom entropijom?
Kvantna koherentna informacija odnosi se na količinu informacija koja se može pouzdano prenijeti ili pohraniti u kvantnom sistemu uz održavanje njegove koherentnosti. U polju kvantne kriptografije, koherentnost je važno svojstvo koje osigurava sigurnost kvantnih komunikacijskih protokola. Da bismo razumeli odnos između kvantne koherentne informacije i uslovne kvantne entropije, neophodno je razmotriti koncepte entropije i uslovne entropije u kontekstu kvantnih sistema.
Entropija je fundamentalni koncept u teoriji informacija koji kvantificira neizvjesnost ili slučajnost sistema. U klasičnoj teoriji informacija, entropija je definirana kao prosječna količina informacija potrebna za opisivanje mogućih ishoda slučajne varijable. U kontekstu kvantnih sistema, koncept entropije je proširen na kvantnu entropiju, koja obuhvata nesigurnost povezanu sa kvantnim stanjima.
Kvantna entropija je definirana korištenjem matrice gustoće, matematičke reprezentacije kvantnog stanja. Za kvantni sistem sa matricom gustine ρ, von Neumannova entropija je data sa:
S(ρ) = -Tr(ρ log2 ρ)
gdje Tr označava operaciju praćenja, a log2 predstavlja bazu logaritma 2. Von Neumannova entropija mjeri količinu neizvjesnosti ili slučajnosti u kvantnom stanju ρ. Važno je napomenuti da je von Neumannova entropija uvijek nenegativna i dostiže svoju maksimalnu vrijednost kada matrica gustine predstavlja potpuno miješano stanje.
Uslovna kvantna entropija, s druge strane, mjeri količinu neizvjesnosti u kvantnom stanju uvjetovanu nekim dodatnim informacijama. Razmotrimo bipartitni kvantni sistem koji se sastoji od podsistema A i B, sa matricama gustine ρA i ρB, respektivno. Uslovna kvantna entropija podsistema A datog podsistema B je definisana kao:
S(A|B) = S(AB) – S(B)
gdje je S(AB) von Neumannova entropija zajedničkog sistema AB. Uslovna kvantna entropija kvantificira preostalu nesigurnost u podsistemu A nakon mjerenja ili dobijanja informacija o podsistemu B.
Odnos između kvantne koherentne informacije i uslovne kvantne entropije leži u činjenici da prva može biti gornje ograničena drugom. Konkretno, kvantna koherentna informacija Icoh(A:B) između podsistema A i B je definirana kao:
Icoh(A:B) = S(A) – S(A|B)
gdje je S(A) von Neumannova entropija podsistema A. Kvantna koherentna informacija predstavlja maksimalnu količinu informacija koja se može pouzdano prenijeti iz podsistema A u podsistem B uz održavanje koherentnosti. On daje mjeru kapaciteta kvantnog kanala za prijenos kvantnih informacija.
Kvantna koherentna informacija je količina informacija koja se može prenijeti ili pohraniti u kvantnom sistemu uz očuvanje njegove koherentnosti. Povezan je sa uslovnom kvantnom entropijom, koja meri preostalu nesigurnost u kvantnom stanju nakon uslovljavanja dodatnim informacijama. Kvantna koherentna informacija je gornje ograničena razlikom između von Neumannove entropije izvornog sistema i uslovne kvantne entropije, pružajući uvid u kapacitet kvantnih komunikacijskih kanala.
Ostala nedavna pitanja i odgovori u vezi EITC/IS/QCF Osnove kvantne kriptografije:
- Kako detektorski kontrolni napad iskorištava detektore sa jednim fotonom i koje su implikacije na sigurnost sistema kvantne distribucije ključa (QKD)?
- Koje su neke od protumjera razvijenih za borbu protiv PNS napada i kako one poboljšavaju sigurnost protokola Quantum Key Distribution (QKD)?
- Šta je napad dijeljenja fotonskog broja (PNS) i kako ograničava komunikacijsku udaljenost u kvantnoj kriptografiji?
- Kako rade detektori jednog fotona u kontekstu kanadskog kvantnog satelita i s kojim se izazovima suočavaju u svemiru?
- Koje su ključne komponente projekta kanadskog kvantnog satelita i zašto je teleskop kritičan element za efikasnu kvantnu komunikaciju?
- Koje mjere se mogu poduzeti za zaštitu od napada trojanskog konja jarkog svjetla u QKD sistemima?
- Po čemu se praktične implementacije QKD sistema razlikuju od njihovih teorijskih modela i koje su implikacije ovih razlika na sigurnost?
- Zašto je važno uključiti etičke hakere u testiranje QKD sistema i kakvu ulogu oni imaju u identifikaciji i ublažavanju ranjivosti?
- Koje su glavne razlike između napada presretanja i ponovnog slanja i napada dijeljenja broja fotona u kontekstu QKD sistema?
- Kako Heisenbergov princip nesigurnosti doprinosi sigurnosti distribucije kvantne ključeve (QKD)?
Pogledajte više pitanja i odgovora u EITC/IS/QCF Osnovama kvantne kriptografije