《量子信息与量子计算简明教程》绪论

本专栏的主要内容是 《量子信息与量子计算简明教程》陈汉武 这本书的学习笔记及复习整理。

持续更新中：

第一章·基本概念(上)
第一章·基本概念(下)
第二章·经典比特与量子比特
第三章·量子纠缠状态及其应用(上)
第四章·量子纠错编码原理
第五章·量子纠错编码的构成法
第六章·量子纠缠态的纯化协议及其应用
第七章·量子信道与量子信道容量

信息不等于物质本身，不能脱离物质而独立存在，其必须以物质为载体，以能量为动力。物质、能量和信息三者相辅相成，缺一不可。信息学理论是研究信息的产生、存储、加工、传播等行为的科学理论。

一、通信系统的理论模型

通信系统的理论模型由信源、编码器、信道、译码器、信宿和噪声源组成。信源产生的消息经编码器编码之后形成用于信道传输的信号，在信号传输的过程中，来自噪声的干扰会导致信号发生变化，因此对受干扰的信号，需要利用译码器恢复受干扰之前的信号，从而完成整个通信过程。通信系统的理论模型如下图所示。

编码器可分为信源编码器和信道编码器。信源编码的目标是尽可能缩短消息和消息序列的平均编码的长度，实现数据压缩，提高信息传输效率。信源编码定理也称无噪信道编码定理、香农第一编码定理，强调利用以哈夫曼编码为代表的编码技术，压缩数据并去除冗余。信道编码在选择最佳译码规则的前提下，适当增加信息编码的冗余，使信号在有噪信道的传输过程中，通过尽可能小的编码冗余使信号具有最强的自动纠错能力，提高信息传输的可靠性。信道编码定理也称含噪信道编码定理、香农第二编码定理，采用汉明码思想，通过增加信息编码冗余，增强信息自身的抗干扰能力，达到编码自动纠错的目标，实现可靠性。

二、信息传输的四项指标：高效性、可靠性、保密性、认证性。

高效性。系统用尽可能少的时间和设备来传输一定数量的信息。
可靠性。使信源发出的信息经过信道传输后尽可能准确、不失真地再现在接收端。
保密性。指要隐蔽和保护通信系统中传输的信息。
认证性。接收者能正确判断所接收的消息的正确性，验证消息的完整性。

带有信息安全保密的通信系统的理论模型如下图所示。

信息就是用来消除不确定性的东西，即通信后接收者获取的消息，在数量上等于通信前后不确定性的消除量。——香农

信息论的研究目标是提高信息系统的可靠性、有效性、保密性和认证性，确保信息系统的最优化。而量子信息学的研究对象是量子通信、量子密码、量子计算以及量子器件的研究与开发。