A colloquial interpretation of entropy is that it is the knowledge gained upon learning the outcome of a random experiment. Conditional entropy is then interpreted as the knowledge gained upon learning the outcome of one random experiment after learning the outcome of another, possibly statistically dependent, random experiment. In the classical world, entropy and conditional entropy take only non-negative values, consistent with the intuition that one has regarding the aforementioned interpretations. However, for certain entangled states, one obtains negative values when evaluating commonly accepted and information-theoretically justified formulas for the quantum conditional entropy, leading to the confounding conclusion that one can know less than nothing in the quantum world. Here, we introduce a physically motivated framework for defining quantum conditional entropy, based on two simple postulates inspired by the second law of thermodynamics (non-decrease of entropy) and extensivity of entropy, and we argue that all plausible definitions of quantum conditional entropy should respect these two postulates. We then prove that all plausible quantum conditional entropies take on negative values for certain entangled states, so that it is inevitable that one can know less than nothing in the quantum world. All of our arguments are based on constructions of physical processes that respect the first postulate, the one inspired by the second law of thermodynamics.


翻译:在古典世界中,与上述解释的直觉一致的,对于某些纠缠不休的国家来说,当评价被普遍接受的、信息理论上合理的量子质变模型时,人们就会得到负面的值,从而得出一个在量子世界中可以知之甚少的令人困惑的结论。在这里,我们引入了一个有物理动机的框架来定义量子质变模型,这个框架基于受热力学第二法则(不减少诱变)启发的两种简单假设,并根植于催化素的外延性。然而,对于某些被缠绕的国家来说,当评价被普遍接受的、信息-理论上合理的量子质变模型公式时,人们就会得到负面的值,从而导致人们在量子世界中可以知之甚少。 我们随后证明,所有可靠的量子质变模型都以否定的值为基础, 而不是以某种量子变数论的必然值为基础。

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