1.

上世紀40年代末，克勞德·香農(nóng)（Claude Shannon）根據(jù)經(jīng)典物理定律建立了數(shù)據(jù)傳輸模型，發(fā)展出了信息論。對于建立在經(jīng)典體系之上的香農(nóng)信息論來說，無論是信息載體（如光子）還是通信信道本身（如光纜），都被視作是經(jīng)典系統(tǒng)。它們具有定義明確、完全可區(qū)分的狀態(tài)。

在過去的20年多里，物理學(xué)家一直想要發(fā)展出信息論的量子版本，以探索當(dāng)信息載體是量子系統(tǒng)時會產(chǎn)生什么新的可能性。信息論往量子領(lǐng)域的延伸被稱為量子香農(nóng)理論，在傳統(tǒng)的量子香農(nóng)理論中，每個信息載體的內(nèi)部狀態(tài)都具有量子特性，例如疊加（可以同時占據(jù)兩個或多個經(jīng)典態(tài)），但我們?nèi)约俣ㄋ鼈兊膫鬏斁€是經(jīng)典的，也就是說信息在空間中的軌跡總是有著良好的定義的。

因此，從經(jīng)典到量子的轉(zhuǎn)變其實是不完全的。在一篇新的論文中，牛津大學(xué)和香港大學(xué)的物理學(xué)家Giulio Chiribella和Hler Kristjansson提出了一個新的概念，即二級量子化，這種框架下的信息載體和信道都可以處于量子疊加態(tài)下，也就是說無論是信息本身還是它在時空中的傳播，都需要用量子力學(xué)才能處理。在這種新的通信模式中，信息載體可以同時通過多個信道進行傳輸。

2.

我們可以用著名的雙縫實驗來展示信道疊加這一現(xiàn)象。在雙縫實驗中，一個光子可以同時通過兩個縫隙，即使通過縫隙的光子只有一個，也能在探測器上生成干涉圖樣。對這種干涉圖樣的最好解釋就是光子像波一樣，沿著兩條不同的路徑同時穿過了兩條狹縫，然后自我干涉形成了干涉圖樣。當(dāng)一個信息載體可以同時通過兩個通信信道時，就能帶來諸如降低噪聲（由在不同路徑的噪聲之間的相互干涉所造成）以及更高的信道容量等優(yōu)點。

在這項新的研究中，研究人員在將信道的疊加納入信息的量子理論中時遇到了許多挑戰(zhàn)。其中一個挑戰(zhàn)就是如何用組合的方式描述信道的疊加，這樣就可以預(yù)測當(dāng)一個信道與其他信道結(jié)合使用時會有怎樣的行為。第二個挑戰(zhàn)是他們必須將信息載體內(nèi)部狀態(tài)的疊加與路徑的疊加明確地分開，否則路徑本身也成為信息的一部分，然后系統(tǒng)就可以用傳統(tǒng)的量子框架來描述。

○ N個信道的疊加使得信息載體可以同時通過多個信道。