Quantum Information is physical too
Terry Rudolph
我们讨论了量子信息的物理性质，特别是集中在任务，可实现的一些物理实现的量子位，但不是由其他人。
We discuss the physical nature of quantum information, in particular focussing on tasks that are achievable by some physical realizations of qubits but not by others.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。
继续探索
Quantum information can remain without physical body in volatile form
经典和量子信息中一个根深蒂固的观点是“信息是物理的”，即，为了储存和处理信息，我们需要一个身体。在这里，我们要问的是，量子信息是否可以在没有物理实体的情况下继续存在。我们对这个问题的回答是肯定的，即，我们认为量子信息可以在没有物理实体的情况下以易失性的形式存在。我们引入了量子信息波动性的概念，并证明了在量子隐形传态协议中确实自然满足波动性的条件。我们认为，即使不假设狭义相对论原理，也有可能使量子信息不稳定。我们还讨论了古典极限的现象，以及多方的情况。
Describing the Patterns of Nature: Information and the Structure of Physical Theories
本文已被作者撤回
Does only the amplitude of the state vector carry the physical information?
我们提出了理论和实验证据，表明态矢量的物质相位与量子系统的动力学有着因果关系，并成为物理信息的载体。
Information is not physical
信息论和热力学之间的标准关系受到挑战。Szilard引擎被重新审视，由Landauer提出的界限被替换为不同的一个，其中包括错误的信息处理。用信息互补和熵互补代替等价。最后，讨论了纠错与能携带信息的状态的自复制之间的关系。
To the finite information content of the physically existing reality
每个物理测量需要有限的、不同于零的测量时间，并且以从所有可能的测量结果中选择测量结果的形式提供信息。如果可能有无限多个（不同的）测量结果，则测量结果的选择可以提供无限数量的信息。但是，（有限时间的）物理测量的结果永远不会提供无限数量的信息，它们描述的是过去有限的现实。因此，所有可能的测量结果的先验集合是有限的。在物理现实中，在有限的时间间隔内只能处理有限的信息量。对于数学模型，其表示需要处理无限数量的信息，例如无理数，在物理现实中不存在（精确）等价物。因此，数学计算，在物理现实中有一个等价物，只能包括有理数的有理数（许多初等）组合。由此得出的结论是数学物理的基础。
Measurement and Physical Content of Quantum Information
考虑了量子系统信息分析中涉及的基本量子信息测度。研究表明，主要的量子信息测量方法取决于相应的量子事件是相容的还是不相容的。对于纯量子信道，可以区分相干和相容的信息测度，这是定性上不同的。提出了一个量子物理实验的一般信息方案。在该方案中，信息优化的实验装置制定为一个数学问题。
Introduction to Physical Implementations of Quantum Information Processing
这是对2013年在Forschungszentrum Jülich举行的第44届IFF春季学校关于“量子信息处理”的讲义的贡献。学校作为一个整体有一个强大的重点放在固态系统。这篇文章的目的是对原子和离子的量子信息处理进行简要的教学介绍。
Tight relation between the physical effects of a quantum measurement and the information gained about an observable
本文通过希尔伯特空间叠加态表达量子测量中信息获取与反作用之间的权衡，并证明叠加原理给出了该权衡的最紧表达式。
Verifying Adversarial Robustness in Quantum Machine Learning: from theory to physical validation via a software tool
本文提出基于保真度的鲁棒性下界，通过测量结果分布直接计算，结合半定规划优化，实现量子机器学习模型对抗鲁棒性的形式化验证与物理实验验证。
Quantum gloves: Physics and Information
信息是物理的口号已经如此成功，它导致了一些过剩。经典信息和量子信息可以独立于任何物理实现来考虑。纯信息任务可以使用这种抽象的c位和qu-bit来实现，但是物理任务需要c位或qu-bit的适当物理实现。作为例子，我们考虑的问题，沟通的手征。
Characterizing the transition from classical to quantum as an irreversible loss of physical information
Landauer原理的实验证实和计算宇宙的新兴概念使得理解信息的物理意义变得越来越重要，因为它与观察者的知识有着内在的联系，而观察者的知识往往被认为是主观的。在本文中，我们提出了一个客观的定义在一个纯粹的经典计算宇宙中的相位信息的量子化相态，这种量子化是由我们的基本假设，即物理信息具有有限的和有限的密度，负责的不可逆性。我们使用的统计研究的结果，通过数值模拟的台球突出的相位信息，我们解决了一个过度的和矛盾的损失，涉及到一个经典的量子过渡。在讨论了这种转变的相关性，以澄清统计物理学的一些有问题的方面，我们得出结论，计算宇宙应该通过时间以不可逆的方式自动丢失相位信息，这可以通过由于观测和退相干而获得的物理信息来补偿。
The Implications of a Cosmological Information Bound for Complexity, Quantum Information and the Nature of Physical Law
宇宙的有限年龄和宇宙学视界的存在提供了一个强有力的论据，即可观测的宇宙代表了一个有限的因果区域，具有有限的物质和信息资源。从全息原理也可以得出类似的结论。在本文中，我解决的问题，是否宇宙学的信息约束的基础物理学的影响。正统物理学是基于柏拉图主义：法律被视为无限精确，完美，不变的数学关系，超越物理宇宙，并保持完全不变的物理过程，但极端。相反，如果物理定律被视为类似于计算机软件，而物理宇宙则是相应的硬件，那么宇宙的有限计算能力就对定律的精确性和物理状态的可指定性施加了根本限制。这个极限取决于宇宙的年龄。我研究如何不精确的法律影响高度纠缠态的演化和暗能量的问题。
Mathematical Modeling of Physical and Engineering Systems in Quantum Information
讨论了量子信息中的几个具体例子，以证明将数学描述与现实世界应用相关联的适当建模的重要性。特别是，它表明，一些普遍接受的结论是不充分的支持，其所谓的理由在逻辑上的方式要求。
Dimension of physical systems, information processing, and thermodynamics
我们要问的是，从维度的观点来看，量子理论与更一般的物理理论相比如何。要做到这一点，我们首先给出两个模型独立的定义的物理系统的尺寸，测量和存储信息的能力的基础上。虽然这两个定义在经典和量子力学中是等价的，但它们在广义概率论中通常是不同的。我们详细讨论的情况下，被称为“盒子世界”的理论，并表明，这样的理论功能系统的尺寸不匹配。这种尺寸失配可以通过使用放大过程来任意大。此外，我们表明，尺寸不匹配的盒子世界有很强的后果，其执行信息理论任务的能力，导致崩溃的通信复杂性和违反信息因果关系。最后，我们从热力学的角度讨论了尺寸不匹配的后果，并询问这种效应是否会打破朗道的擦除原理，从而打破第二定律。
A note on information theoretic characterizations of physical theories
Clifton、Bub和Halvorson [Foundations of Physics 33，1561（2003）]最近提出，量子理论的特征在于满足三个信息论公理。然而，构造CBH特征定理的明显反例并不困难。在本文中，我们讨论的限制的特征定理，我们提供了一些技术工具，检查是否理论（指定的凸结构的状态空间）属于这些限制。
Fidelity of Physical Measurements
保真度（测量值和物理量之间的香农互信息）被提出作为物理测量质量的定量度量。保真度不依赖于未知物理量的真实值（如Fisher信息），并且它允许先验信息在测量过程中的作用。保真度是足够的一般允许一个自然的比较质量的经典和量子测量。作为一个例子，保真度是用来比较质量的测量由经典和量子马赫-曾德尔干涉仪。
The principle of information symmetry constrains the state-space in any physical theory
对称性与物理理论的结构有着共同的发展历史。我们提出了一个对称性的后果走向希尔伯特空间量子理论的公理化推导。我们介绍了信息对称性（IS）的概念，并表明，它约束的状态空间结构中的任何物理理论。为此，我们在广义概率理论的框架下研究了最小误差二元状态判别问题。一个理论被称为满足IS，如果错误地识别两个随机准备的状态中的每一个的概率对于两个状态都是相同的。发现这个简单的原理排除了几类理论，同时与量子理论完全相容。
Designing Quantum Information Processing via Structural Physical Approximation
在量子信息处理中，有可能具有超越经典系统的限制的高效计算和安全通信。然而，从基本的观点来看，由量子力学定律演化出的量子系统比经典系统更具限制性，它被确定为一种特定形式的动力学，即幺正变换，因此，它是到子系统的正映射和完全正映射。这也表征了量子系统上不允许的变换的类别，其中正的但不完全的映射是特别感兴趣的，因为它们表征了纠缠态，这是量子信息处理中的一般资源。结构物理近似提供了一种系统的方法，用量子信道来近似那些非物理映射，正的但不完全正的映射。自从它作为一种探测纠缠态的方法被提出以来，它激发了正映射的分类、厄米算符和量子态的结构以及量子测量（如量子信息理论中的量子设计）等基本问题。在实践中，它已经发展出了直接探测纠缠态的有效可行的方法，并利用光子量子比特态进行了原理验证实验。本文综述了结构物理近似下的量子信息处理及其研究进展。本文主要介绍结构物理近似的性质及其在实际信息应用中的应用。
Physical time-energy cost of a quantum process determines its information fidelity
一个量子系统可以用至少两个不同的概念来描述和表征，即它的物理和信息属性。在这里，我们明确地连接这两个概念，通过等同的时间-能量成本，这是量子动力学的哈密顿量的最大能量和演化时间的乘积，和纠缠保真度，这是输入状态和相应的输出状态之间的信息差的量子信道所产生的哈密顿量。具体来说，输入和输出状态之间的最坏情况的纠缠保真度正好是信道的时间-能量成本的余弦（除了保真度为零时）。我们之间关系的精确性有力地说明了信息与物理之间的密切联系。我们的精确结果也可以看作是达到一定保真度的最快状态的时间-能量不确定性关系。
Information capacity of quantum communication under natural physical assumptions
本文研究量子制备-测量场景中多种物理假设的关系，提出以单次可获取信息限制统一松弛它们，并推导态识别概率的紧界，推动半设备无关量子信息处理的统一框架。
If no information gain implies no disturbance, then any discrete physical theory is classical
有人认为，自然界可以是离散的，在这个意义上，物理系统的底层状态空间只有有限数量的纯态。例如，单个量子比特的布洛赫球可以离散成小块，并且由于实验的限制，我们只能看到圆形。在这里，我们提出了一个强有力的物理论据，量子理论的性质，每个状态空间（即使是最小的可能的一个，量子位）有无限多个纯态。我们提出了一个简单的物理假设，它表明，事实上唯一可能的离散理论是经典力学。更具体地说，我们假设没有信息增益意味着没有干扰，或者在反置中读，干扰导致某种形式的信息增益。在像量子力学这样的理论中，我们已经知道相反的情况成立，即信息增益确实意味着扰动，这可以理解为假设扰动和信息增益之间是等价的。更重要的是，我们表明，非经典的离散理论仍然被排除，即使我们放松的假设，只有大约在这个意义上，没有信息增益只会导致少量的干扰。最后，我们的假设也排除了流行的推广，如PR盒，允许非局域相关超出量子理论的限制。
Physical interpretation of the Wigner rotations and its implications for relativistic quantum information
基于对Wigner旋转的物理解释，在量子信息的背景下，对大质量相对论性粒子的自旋进行了新的处理，得到了与以往工作不同的结果.我们得出的结论是，它是不可能定义一个约化的密度矩阵的粒子自旋和Pauli-Lubanski（或类似的）自旋算子是不适合描述的测量自旋耦合到测量装置中的电磁场。这些结论与以前关于这个问题的大多数论文所作的假设相矛盾。我们还提出了一个实验测试我们的配方。
Quantum computation and the physical computation level of biological information processing
在内省分析的基础上，我们建立了意识的物理计算基础的一个关键要求：它应该允许同时处理大量的信息。经典计算不能满足这一要求。在基本的物理层面上，它是一个两体相互作用的网络，每一个都是一个通用布尔门的输入输出转换。因此，它不能同时处理超过三位的输入-许多这样的门并行不计数，因为信息没有一起处理。量子计算满足了这个要求。根据我们最近对加速的解释，问题解的量子测量类似于一个完美的经典机器的部件之间的多体相互作用，其机械约束代表要解决的问题。多体相互作用同时满足所有约束，一次产生解决方案。这就为将意识置于量子测量中的理论的物理计算水平提供了光线，并解释了来自不同感觉通道的信息如何在主观经验的统一中聚集在一起。意识的基本机制与量子加速相同，这一事实赋予量子意识潜在的巨大进化优势。
Characterizing quantum theory in terms of information-theoretic constraints
我们表明，三个基本的信息理论的限制-两个物理系统之间的超光速信息传输的不可能性，通过对其中之一进行测量，不可能广播的信息包含在一个未知的物理状态，和不可能的无条件安全的比特承诺-足以使物理理论的可观测量和状态空间是量子力学的。我们证明了逆推导的一部分，并考虑替代答案的影响，剩余的开放问题非局部性和位承诺。
Likelihood method and Fisher information in construction of physical models
本文的主题是似然法（LM）和期望Fisher信息（FI）考虑从点OD的物理模型的建设，起源于统计描述的现象。推导了主方程情形和结构信息原理。然后给出了信息传递的唯象描述。对极值物理信息（EPI）方法进行了评述。如果边际，系统的振幅的统计解释。本文所发展的形式也将应用于量子信息处理和量子博弈论。
Classical-Information Theoretical View of Physical Measurements and Generalized Uncertainty Relations
在经典信息论的框架内讨论了物理测量的一般特征。在此框架下，定义了在一般运动方程控制下的广义动力学系统的两个物理量同时测量的不确定关系。在本报告中，我们只处理了高斯分布的均方误差。利用信息熵定量地讨论了边界条件引起的Kennard-Robertson型不确定性的减小。
Information Is Not Physical: Possibility Spaces, Erasure, and the Structure of Unrealized Alternatives
本文提出信息是物理可实现替代的结构，而非物理实体或数学抽象，通过反事实解读解决擦除耗热、量子叠加信息丰富性及黑洞信息损失等困惑。
A principle of information conservation for physical laws (Hidden information in quantum systems?)
信息守恒的原则是在抽象的条款，以排除概率物理定律，必须存在的状态轨迹。它还提供了一个几何热力学机制的概率分布的外观在操作层面上，因此可以提供一个动力学解释玻恩规则的量子概率。几何和操作概率之间的这种联系被认为是一个很有前途的角度，可以从这个角度研究量子系统中“隐藏信息”的潜力，并更广泛地指导量子基础的工作。
Effective Physical Processes and Active Information in Quantum Computing
最近关于超计算的争论在量子系统的计算能力和丘奇-图灵论文在物理学中的作用方面都提出了新的问题。在这里，我们提出了“有效物理过程”的概念，作为计算的本质物理概念。本文利用Bohm和Hiley的活动信息概念，分析了量子计算的标准形式（量子门）与非标准形式（绝热和形态发生）的区别，指出了它的超图灵潜能是如何在Bell约束下从不可计算的信息源中产生的。在放弃“普适性”这一形式概念的前提下，实现量子预言是可能的。这样，计算就回到了物理世界的逻辑。
The information-theoretical viewpoint on the physical complexity of classical and quantum objects and their dynamical evolution
利用Charles Bennett的经典对象的物理复杂性度量，即逻辑深度，证明了混沌经典动力系统不是物理复杂系统。然后引入量子对象的物理复杂性的自然度量，量子逻辑深度，以证明混沌量子动力学系统也不是物理复杂的。
Probabilities as Measures of Information
我们分析了物理理论是定量的，可以通过实验中的观察来检验的概念。这使我们提出了一个新的，贝叶斯，解释概率在物理学中，统一其目前使用的经典物理理论，实验物理学和量子力学。概率是当我们在物理理论的框架内解释观测结果时，量化可能性域的结果。它们也可以说是用来根据物理理论进行预测的信息度量。
Intrinsic probability distributions for physical systems
对于一个给定的度量$g_{μν}$，这是确定为Fisher信息度量，我们产生新的约束的物理系统的概率分布。我们假设物理系统的固有概率分布的存在性，并通过在指定的约束条件下优化Fisher信息度量来计算概率分布。相应地，我们得到概率分布的微分方程。
Information is Physical: Cross-Perspective Links in Relational Quantum Mechanics
关系量子力学（RQM）是对量子力学的一种解释，其基础是量子态不是描述系统的绝对属性，而是描述系统之间的关系。在这篇文章中，我们观察到，有一个紧张关系RQM的自然强调的物理信息和某些种类的信息在目前的配方RQM的不可访问性。因此，我们提出了一个新的假设RQM，它要求所有的信息所拥有的某个观察者被存储在该观察者的物理变量，从而通过测量访问其他观察者，所以观察者可以达到相互主观的协议，在过去发生的量子事件。基于这一假设，我们提出了一个本体论的RQM坚持的原则，量子态总是关系，但也假定了一组量子事件是不严格的关系。我们表明，新的假设有助于解决一些现有的反对RQM，最后我们解决的Frauchiger-Renner实验的背景下，RQM。
The Gravitational Aspect of Information: The Physical Reality of Asymmetric "Distance"
该研究通过展示布朗桥在规范条件下的时间演化与高斯分布流形上的m-测地线一致，揭示了信息不对称距离在物理中的根本作用，并推动了信息等价原理的发展。
Foundations of Quantum Information for Physical Chemistry
本文基于量子力学数学表述，回顾量子信息中基础但易误解的概念，如量子比特、密度矩阵、量子测量、信息理论和纠缠，并阐明其严格定义及在物理化学中的应用示例。
Physical limits on information processing
我们推导出设备可以处理信息的速率的基本上限（即，单位时间内逻辑运算的次数），源于量子力学和广义相对论。在普朗克单位中，体积为V的设备在单位时间内只能执行不超过V的立方根的操作。我们将其与自然界在物理系统演化中进行的信息处理速率进行比较，并发现了与黑洞熵和全息原理的联系。
Inner privacy of conscious experiences and quantum information
人的心灵是由内在的、主观的、私人的、第一人称的意识体验构成的，这些体验不能用物理设备来测量，也不能从外部的、客观的、公共的、第三人称的角度来观察。意识体验的定性、现象性质也不能以由经典信息位组成的信息的形式传达给他人。因为在经典世界中，一切物理的东西都是可观察和可传递的，所以解释一个经验上不可观察的、不可传递的意识如何具有任何物理基质，如由生化分子、水和电解质组成的神经元，是一项艰巨的任务。经典物理学所遇到的挑战可以通过一些思想实验来证明，包括颠倒的感受质论证、私人语言论证、盒子里的甲虫论证和知识论证。然而，这些思想实验并不意味着我们的意识是非物质的，我们内省的意识证词是不可信的。经典物理学的原理已经被现代量子物理学所取代，现代量子物理学包含两种根本不同的物理对象：不可观测的量子态矢量，它定义了物理上存在的东西，以及量子算符（可观测量），它定义了物理上可以观察到的东西。将意识与量子物理大脑状态所包含的不可观察的量子信息相识别，允许应用量子信息定理来解决由意识体验的内部隐私所产生的可能的悖论，并解释了可观察的大脑是如何由受Holevo定理约束的可访问的经典信息位构建的，并在使用物理设备测量时从物理存在的量子大脑中提取。
Information Content of Systems as a Physical Principle
为了解释经典/量子和其他假设的世界描述之间的概念差距，已经提出了几个原则。到目前为止，所有这些原则都没有明确地包括不确定关系。本文引入了一个信息量原理，它代表了新的约束不确定原理.该原理考虑了单个物理系统的编码/解码特性，能够将经典性和量子从包括隐变量理论在内的许多潜在物理理论中分离出来。经典理论和量子理论都满足的ICP指出，可以从给定系统中提取的非冗余信息的量由系统的完全可解码的信息内容限制。我们表明，ICP允许歧视的理论，不允许强于Tsirelson的约束的相关性。我们还展示了如何将该原理应用于复合系统，排除了一些理论，尽管它们的基本成分表现为量子。
Physical Traces: Quantum vs. Classical Information Processing
在相互作用的几何（GOI）范式，我们提出了一个设置，使经典和量子过程之间的定性差异进行探讨。关键的建设是物理解释/实现跟踪monoidal范畴的有限维向量空间与张量积作为monoidal结构和有限集和关系与笛卡尔积作为monoidal结构，他们都提供了一个所谓的波式GoI。本文的进展表明，设想由于量子测量作为一个过程的状态更新提供了一个强大的工具，发展高层次的方法，量子信息处理。
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