نظرية المعلومات الكمومية

في الفيزياء و علوم الكمبيوتر، المعلومات الكمومية او معلومات الكم هي معلومات لحالة من حالات نظام الكم. وهو الكيان الأساسي للدراسة في نظرية المعلومات الكمومية، ويمكن معالجته باستخدام تقنيات معالجة المعلومات الكمومية. تشير المعلومات الكمية إلى كل من التعريف الفني من حيث إنترون فون نيومان والمصطلح الحسابي العام.
يمكن معالجة المعلومات الكمومية، مثل المعلومات الكلاسيكية، باستخدام أجهزة الكمبيوتر الرقمية، ونقلها من موقع إلى آخر، والتعامل معها باستخدام الخوارزميات، وتحليلها باستخدام علوم الكمبيوتر والرياضيات. في الآونة الأخيرة، أصبحت الحوسبة الكمومية مجالًا بحثيًا نشطًا بسبب إمكانية تعطيل الحوسبة الحديثة والاتصال والتشفير.

التكديس والمعلومات الكمومية

تختلف المعلومات الكمومية بشدة عن المعلومات الكلاسيكية، التي تجسدها البتّ، في العديد من الطرق المذهلة وغير المألوفة. في حين أن الوحدة الأساسية للمعلومات الكلاسيكية هي الشيء، فإن الوحدة الأساسية للمعلومات الكمومية هي البت. يتم قياس المعلومات الكلاسيكية باستخدام انتروبيا المعلومات، بينما التماثل الميكانيكي الكمومي هو إنترون فون نيومن. 
(انظر: الكون الكمومي الشرطي)

على عكس الحالات الرقمية الكلاسيكية (المنفصلة)، فإن قيمة الكوبيت هي قيمة مستمرة، يمكن وصفها بالاتجاه على كرة بلوخ. وعلى الرغم من تقييمها بشكل مستمر في هذه الطريقة، يعتبر البت او الكيوبيت هو أصغر وحدة ممكنة من المعلومات الكمومية، وعلى الرغم من انه في حالة الكيوبيت يتم تقييمها بشكل مستمر، فمن المستحيل قياس قيمة بدقة. 
تصف ثلاث نظريات مشهورة حدود التلاعب بالمعلومات الكمومية.
• نظرية عدم النقل عن بعد، التي تنص على أنه لا يمكن تحويل (كليا) الكوبيت إلى وحدات بت كلاسيكية ؛ وهذا هو، لا يمكن أن يكون "قراءة".
• نظرية عدم الاستنساخ، والتي تمنع النسخ العشوائي التعسفي.
• نظرية عدم الحذف، والتي تمنع الحذف التعسفي.
• نظرية عدم البث على الرغم من أنه يمكن نقل كيوبت واحد من مكان إلى آخر (على سبيل المثال عن طريق النقل الكمي عن بعد )، فإنه لا يمكن تسليمه إلى عدة مستلمين.
هذه النظريات تثبت أن المعلومات الكمية داخل الكون محفوظة. يفتحون الاحتمالات في معالجة المعلومات الكمومية.

معالجة المعلومات الكمية

تحتوي حالة كيوبت على جميع معلوماتها و يتم التعبير عن هذه الحالة بشكل متكرر كمتجه في مجال بلوخ. يمكن تغيير هذه الحالة عن طريق تطبيق التحولات الخطية أو البوابات الكمومية عليها.
يوصف هذا التحول الوحدوي (ميكانيكا الكم) بالتناوب على مجال بلوخ. في حين أن البوابات الكلاسيكية تتوافق مع العمليات المألوفة في الجبر البولياني، فإن البوابات الكمومية هي مشغِّل وحدوي مادي.
نظرًا لتقلب الأنظمة الكمومية واستحالة نسخ الحالات، فإن تخزين المعلومات الكمومية أصعب بكثير من تخزين المعلومات الكلاسيكية. ومع ذلك، مع استخدام تصحيح الأخطاء الكمومية، لا يزال من الممكن تخزين المعلومات الكمية بشكل موثوق من حيث المبدأ. وقد أدى وجود رموز تصحيح الأخطاء الكمومية أيضًا إلى إمكانية حساب الكم في خاصية التسامح مع الخطأ.
يمكن ترميز البتات الكلاسيكية في تكوينات البتات واستعادتها لاحقًا من خلال استخدام البوابات الكمومية. في حد ذاته، لا يمكن للكوبيت الواحد أن ينقل أكثر من بت واحد من المعلومات الكلاسيكية التي يمكن الوصول إليها حول تحضيره.
( انظر نظرية هولفو )
ومع ذلك، في حالة الترميز الفائق الكثافة، يمكن للمرسل، من خلال العمل على واحد من اثنين من الكوابت المتشابكة (انظر تشابك كمي)، أن ينقل بتتين من المعلومات التي يمكن الوصول إليها عن حالتهما المشتركة إلى جهاز استقبال.
يمكن نقل المعلومات الكمية، في قناة كوانتية، مماثلة لمفهوم قناة الاتصال الكلاسيكية. الرسائل الكمومية لها حجم محدد، تقاس بوحدات البت. القنوات الكمية لها سعة قناة محدودة، تقاس بوحدات البت في الثانية.
يمكن قياس المعلومات الكمية، والتغيرات في المعلومات الكمية، من خلال استخدام تناظرية لشنتر إنترون او إنتر فون .
في بعض الحالات، يمكن استخدام الخوارزميات الكمومية لإجراء العمليات الحسابية بشكل أسرع من أي خوارزمية كلاسيكية معروفة. المثال الأكثر شهرة على ذلك هو خوارزمية شور التي يمكن أن تأخذ الأرقام في وقت متعدد الحدود، مقارنة بأفضل الخوارزميات الكلاسيكية التي تستغرق وقتًا دون الأسي. نظرًا لأن التثبيط هو جزء مهم من سلامة تشفير RSA، فقد أطلقت خوارزمية شور المجال الجديد ل تشفير ما بعد الكم الذي يبحث حول مخططات تشفير تظل آمنة حتى عندما تكون أجهزة الكمبيوتر الكمومية قيد التشغيل. ومن الأمثلة الأخرى على الخوارزميات التي تثبت التفوق الكمي وتشمل خوارزمية البحث خوارزمية غروفر، حيث تعطي الخوارزمية الكمية تسريعًا تربيعيًا لأفضل خوارزمية كلاسيكية ممكنة. 
تُعرف فئة التعقيد للمشكلات التي يمكن حلها بكفاءة بواسطة كمبيوتر كمّي باسم BQP.
يتيح توزيع المفاتيح الكمومية (QKD) نقل المعلومات الكلاسيكية دون قيد أو شرط، على عكس التشفير الكلاسيكي، الذي يمكن كسره دائمًا من حيث المبدأ، إن لم يكن في الممارسة. هل لاحظ أن بعض النقاط الدقيقة المتعلقة بسلامة QKD لا تزال موضع نقاش ساخن.
تشمل دراسة جميع المواضيع والاختلافات المذكورة أعلاه نظرية المعلومات الكمية.

بالنسبة إلى ميكانيكا الكم

ميكانيكا الكم هي دراسة كيف تتغير النظم الفيزيائية المجهرية ديناميكيا في الطبيعة. 
في مجال نظرية المعلومات الكمومية، تُستخلص الأنظمة الكمية المدروسة من أي نظير في العالم الحقيقي. على سبيل المثال، قد يكون الكوبت فوتونًا فعليًا في كمبيوتر كمومي بصري خطي، أو أيون في كمبيوتر الكم الأيوني المحاصر، أو قد يكون عبارة عن مجموعة كبيرة من الذرات كما هو الحال في كمبيوتر كمومي فائق التوصيل. بغض النظر عن التنفيذ المادي، فإن حدود وميزات البتات التي تنطوي عليها نظرية المعلومات الكمومية، حيث أن جميع هذه الأنظمة موصوفة رياضيا بواسطة نفس جهاز مصفوفات الكثافة على عدد مركب. هناك اختلاف مهم آخر في ميكانيكا الكم هو أنه بينما تدرس ميكانيكا الكم في كثير من الأحيان أنظمة لا نهائية مثل المذبذب التوافقي، تتعلق نظرية المعلومات الكمومية بالنظم المتغيرة باستمرار والأنظمة ذات الأبعاد المحدودة.