本文简单介绍信息论，从经典的信息传递引入量子信息，并对量子信息做个简短的介绍。
1.信息理论学
哲学家和科学家普遍认为，物质 、 能量 和 信息 是组成物质世界的三大支柱。运动的物质需要能量，而事物的运动的状态和方式就是产生的信息。因此，信息是物质的一种普遍属性。
信息是物质的属性，但不是物质本身。事物运动的状态和方式的体现就是信息，它可以脱离原来的事物而相对独立地存在于别的事物上而被提取、表示、处理、存储和传输。但是信息不能独立的存在，信息的存在必须以物质为载体，同时也需要能量作为动力。
研究信息的产生、存储、加工、传播等行为的科学理论称为信息学理论，根据研究的范畴和侧重点不同，信息学理论一般有三种理解：狭义信息论、一般信息论和广义信息论。
狭义信息论以传输信息的各种通信系统为对象，研究信息传输和处理的共同规律，通信系统中抽象出的具有共同特性的元素可以概括为如下图所示的理论模型。
其中：
- 信源：产生消息的源系统
- 编码器：将消息变换成可以在信道上传输的信号的一种设备
- 信道：传递信号的物理媒介
- 译码器：将信道传来的信号进行解码，获得传送的信息，和编码器相对应
- 信宿：消息传送的接收者
图中的编码器可以分为两种：信源编码器和信道编码器。
- 信源编码器：在对信源需要传送的信息进行编码时，尽可能的缩短消息和消息序列的平均编码的长度，使信息传输的效率更高。简单来说就是，人们日常中的信息需要先编码为计算机能够存储转发的码再进行传输，我们希望能够以尽可能短的编码来表示更多的信息，从而节省存储空间或传送时消耗的资源。信源编码器强调利用以哈夫曼编码为代表的技术，实现信息传输的高效性。
- 信道编码器：对已经编码好的信息不能直接传输，需要先转换为可以在信道上进行传输的信号。信道编码器的目的就是在有噪声干扰的信道中进行信号的传输时，通过尽可能少得编码冗余，使得信号具有最强的自动纠错能力，以提高信息传输的可靠性。即通过添加多余的校验位，在接收端检查收到的数据是否在传输过程中出现了差错。信道编码主要采用汉明码的思想来实现传输的可靠性。
香农在论文中对信息做出了科学的定义，利用平均信息量对信息及其行为进行了定性和定量的描述，因此，经典的信息理论也称为香农理论。香农根据人类通信活动的特点，以新颖的思想提出用数学方法定量描述信息，在信息的抽取和度量中精辟的概括出信息的“形式化”假说、“非决定”论和“不确定”性三个概念。
- “形式化”假说是要我们去掉蕴含在消息中那些狭义信息理论并不关心的语义等因素，我们只需要保留能用数学形式描述的因素和符号，使得用数学工具定量测度信息成为可能。
- “非决定”论观点是对通信活动的总的认识观，它解决了从大量不可预料的随机消息的集合中，寻求信息的统计规律，揭示出信息的表示本质，从而选取并获取一个实际的正确的消息。
- 香农从消息发生的 “不确定”性 观点出发，给“信息”下了明确的定义：“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信息，在数量上等于通信前后不确定性的性的消除量。从而我们可以得出结论：通信后获取的信息量应该是消息发生概率的某一函数。
信息论研究的对象不是具体的消息，而是各种不同形式的消息抽象后的“信息”。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。
2.量子信息学
相对于20世纪末新出现的量子信息理论，我们称香农理论为经典信息理论。量子信息学是一门量子力学和经典信息学交叉产生的学科，它主要的研究包括量子通信技术、量子密码技术、量子计算技术和量子器件技术，用量子力学的理论和信息科学相结合，为信息科学和技术的发展提供了新的原理和方法。
随着量子物理实验成果的不断涌现，我们对信息及其表示与处理的认识有了质的变化，我们从香农、图灵、冯·诺伊曼等科学家从宏观过程处理信息，转变到从微观过程实现对信息的处理。
随着微电子技术的迅速发展，根据著名的“摩尔定律",随着集成电路集成度的日益提高，电路板蚀刻精度也将越来越高，中央处理器芯片上集成的晶体管期间就会越来越密，这将迫使电路线不断变窄，当电路线狭窄到不得不考虑运动在电路中的电子的波动性将在电路中产生新的物理现象——即量子效应时，现有的芯片制造理念及技术将会达到极限。物理学者为解决信息科学中的问题而加入研究这些问题的行列，他们设想用微观粒子来作为信息的载体，制作利用量子效应工作的电子器件，在量子力学理论之上研究信息的行为，成功的将量子理论和信息科学相结合，从而为信息科学的发展开创了新的空间。
微观过程存在于微观世界，微观世界的客体就是统称为量子的微观粒子，离散变化是微观世界的一个本质特征，离散变化的最小单位就是量子，微观世界的离散变化包括物质组成的离散变化和物理量的离散变化。
- 物质组成的离散变化。例如光是由一个个光子组成的，你不能分出半个光子、1/3个光子，所以光子就是光的量子。阴极射线是由一个个电子组成的，你不能分出半个电子、1/3个电子，所以电子就是阴极射线的量子。量子在不同的语境下代表不同的粒子。
- 物理量的离散变化。例如氢原子中电子的能量只能取-13.6 eV（eV 是“电子伏特”，一种能量单位）或者它的1/4、1/9、1/16 等等，总之就是-13.6 eV除以某个自然数的平方（-13.6/n2 eV，n可以取1、2、3、4、5等），而不能取其他值。这和宏观世界能量的存在不同，我们称微观世界中这种能量是量子化的，每一种原子中电子的能量都是量子化的，这在微观世界是一种普遍现象。
描述这些量子运动规律的学科是量子力学。微观世界是完全不同于日常中宏观世界的，微观客体的行为怪异多变。在经典物理中物理量有着明确的量值，服从明确的规律。而量子力学中物理量要服从统计的规律，人们把微观例子具有的神奇的属性统称为量子态特性。量子态特性包括一系列量子相干的特性，有量子的“波粒二象性”、量子态叠加性、量子态纠缠、量子态不可克隆等。量子计算和量子通信正是建立在这些量子态特性之上，量子信息的研究可以为突破芯片的极限尺寸提供新概念、新思路和新途经。
利用微观粒子的状态表示的信息就成为量子信息。信息一旦量子化，描述“原子水平上的物质结构及其属性”的量子力学特性便成为描述信息行为的物理基础，在此基础上研究信息的存储、传输和处理的一般规律的学科称为“量子信息学”。
以量子（微观粒子）的状态来表示信息，实现信息的存储，通过量子力学的规则来实现信息的处理与传输，这些技术的实现 基于以下两个根本性的发现。
- 将经典的比特信息 0 和 1 映射到量子状态上，通过量子状态的特性对信息实施存储、传输和处理。
- 将量子的状态定义为某种信息，即量子信息。
这两个根本性的发现在提高计算机信息的处理速度、增大信息的存储容量、确保信息的网络状态安全、实现不可破译、不可窃听的保密通信等方面都可以突破现有的经典信息通信系统的极限，并将为信息科学与通信技术带来根本性的重大突破。当前，量子计算机、量子通信与量子密码技术等已经成为量子信息学应用研究的热点，并已取得了重要进展。
