Der Begriff Information

[soon]

Weitere Links zum Thema Grover-Algorithmus:

http://www.chip.de/news/Google-Quant..._69998463.html

http://www2.informatik.hu-berlin.de/...ner/grover.pdf

https://qbnets.wordpress.com/2010/01...m-for-dummies/

http://www.ar-tiste.com/ (software incl. sourcecode; habe ich noch nicht getestet, also ggf. besser eine sandbox benutzen)

[ingeniosus]

Zitat von TomS

Rein praktisch verhält es sich doch so: klassisch bildest du eine reelle Zahl x auf eine (endliche) Bitfolge ab. Diese verknüpfst du mittels Schaltungen (Gattern ...) mit anderen Bitfolgen. In der QM kannst du jedoch in einem einzigen QBit prinzipiell unendlich viel Information unterbringen. Wenn du nun noch Schaltungen konstruierst, die QBits verarbeiten, dann kannst du unendlich viele Operationen in endlicher Zeit erledigen.

Danke TomS für Deine Links!

Die Theorie im Quanten Computing ist rein mathematisch. Man definiert ein QuBit und meint, man hat auch schon den physikalischen Träger dazu. Es ist riesig schwierig in der QM, einzelne Objekte als nutzbare Träger von Information zu finden (Elektronen-Spin, Polarisation eines Photons...) und noch viel schwieriger ist es, diese zu beobachten und damit Steuerungen durchzuführen.

Siehe Nobelpreise 2012:

http://www.nobelprize.org/mediaplayer/index.php?id=1871

und

http://www.nobelprize.org/mediaplayer/index.php?id=1873

[TomS]

Ich bin ehrlich, ich kenne mit den experimentellen und praktischen Arbeiten zur Quantenoptik und zu Quantencomputern nicht aus. Ja, es geht heute wohl eher um theoretische Betrachtungen sowie um einen "proof-of-concept".

Wir schnell sich derartige Entwicklungen jedoch praktisch nutzen lassen, haben wir in der Vergangenheit jedoch immer wieder erleben dürfen ... oder müssen.

[ingeniosus]

Zitat von TomS

Ich bin ehrlich, ich kenne mit den experimentellen und praktischen Arbeiten zur Quantenoptik und zu Quantencomputern nicht aus. Ja, es geht heute wohl eher um theoretische Betrachtungen sowie um einen "proof-of-concept".

Im Bereich Quanten Computing sind sie damit nicht allein. Alle Veröffentlichungen sind mathematische und physikalische Theorien, die sich aber so nicht umsetzten lassen....

[TheoC]

Ich denke die Auseinandersetzung zeigt, dass der Begriff Information in der Physik nicht hinreichend definiert ist.

Um Information klarer als Begriff fassen zu können, muss man sich, zumindest wenn man versucht die Welt zu erklären, mit der Art und Weise wie wir Menschen Information verstehen, auseinandersetzen.

Nicht weil ich denke dass sich die Natur darum kümmert, sondern weil ich überzeugt bin, dass man Erkenntnistheoretisch nur vorankommen kann, wenn unserer ureigener Zugang zur Welt verstanden ist.

Dazu müssen wir unterscheiden zwischen Information als „Teil einer vermittelten Wirklichkeit“ und der Symbolrepräsentation der selbigen.

Musik ist Information für uns Menschen. Sie vermittelt uns, unter anderem, Rhythmus, Harmonie und Emotion. Wir können, ohne auch nur jemals ein Notenblatt gesehen haben, diese Information verstehen.

Um diese Information anderen zu vermittelt können wir versuchen die Musik nachzuspielen, je nachdem wie gut wir ein Musikinstrument beherrschen, wird uns das gelingen oder auch nicht.

Diese Form der Information ist unstrukturiert und komplex. Nehmen wir die Musik auf, und analysieren die Frequenzen, machen also Messungen an der „Wirklichkeit“ bekommen wir zwar jede Menge an Daten, aber keinerlei Information über den eigentlichen Gehalt der Musik.

Wir können alleine durch Betrachtung der Frequenzanalyse keine Aussage machen ob es sich um Musik handelt, oder einfach um einen rhythmischen Lärm.

Sind wir jedoch entsprechend geschult, können wir die Musik in Form von Noten aufschreiben. Ist wer geübt im Notenlesen, entsteht alleine durch betrachten der Noten das Musikstück im Kopf. Die Noten sind die Symbolrepräsentation der Musik.

Unstrukturierte Information bedarf eines Empfängers der diese interpretieren kann, wobei wir die Interpretation im Wesentlichen unserem Wahrnehmungsprozess verdanken. Die Information muss also nur vom Empfänger verstanden werden, eine bewusste Codierung vom Sender wird nicht vorausgesetzt, ebenso wie eine bewusste Dekodierung nicht erforderlich ist.

Eine Amöbe reagiert auf ein saures Umfeld mit Fluchtbewegungen, hat also die Information verstanden, und sinnhaft darauf reagiert.

Strukturierte Information ist Folge einer gemeinsam vereinbarten Codierung zwischen Sender und Empfänger, geht also über einen reinen Wahrnehmungsprozess hinaus, macht aber ohne diesen keinen Sinn.

Wer taub zu Welt gekommen ist kann, auch nach absolvierter Ausbildung, Noten nicht eine Bedeutung zumessen, wer blind ist wird mit dem Begriff „Gelb“ nichts anfangen.

Bei uns Menschen läuft ein Erkenntnisprozess immer in diesen beiden Ebenen ab. Auf der einen Seite die Beobachtung einer Wirklichkeit, über einen automatischen Wahrnehmungsprozess, welche uns „ein Bild“ der Welt vermittelt, und anderseits eine Symboltransformation, welche die Wahrnehmungen in Symbole, in der Welt der Physiker mathematische Formeln und Aussagen, transformiert, an sonst grundsätzlich in Wörter und Sätze.

Hier erscheint mir in der ganzen Diskussion keine Klarheit zu sein, welche Art von Information gemeint ist. Die Musik, oder die Noten.

Nachdem sowohl der Wahrnehmungsprozess als auch die Symbolkonvertierung automatisch abläuft in unserem Gehirn, müssen wir uns auch damit beschäftigen, wie die Symbolkonvertierung erfolgt.

Informationen die wir vermitteln wollen auf der Symbolebene (ohne Kenntnis der komplexen Wirklichkeit) können wir nur in Form von Sätzen (Aussagen) vermitteln.
„Heiß“ oder „Kalt“ sind keine Information per se, genau so wenig wie 0 oder 1!

In unserem Denken sind wir getrimmt darauf Objekte zu erkennen. Wir denken in „Dingen“.

Dinge werden klassifiziert (welcher Art ist das was wir sehen), identifiziert (was genau ist das), und mit einem Verb (Vorgangswort) zu einem Satz verbunden. Die Attribute sind immer als Ergänzungen zum Verb zu sehen, zumindest in unserer Sprache.

Wenn wir selbst Teil der Aussage sind, können wir die Aussagen entsprechend verkürzen (Der Tisch ist rot). In der Annahme dass alle Menschen gleich funktionieren, werden wir dabei auch meistens verstanden.

Wir neigen dazu, ich denke das war evolutionär überlebensnotwendig, alles Sein den Dingen zuzuschreiben. Ein Ding hat Eigenschaften, hat Form, Gewicht, Bewegung etc. .

In der Quantenwirklichkeit kommen wir mit diesem Modell aber nicht weiter.

Das Modell "Ding hat Eigenschaften" ist aus meiner Sicht auch einfach nur eine „Verkürzung“ der Wirklichkeit welche wir Wahrnehmen.

“Der Tisch ist rot“ ist als solches eine, wenn schon nicht falsche, zumindest unzulässig verkürzte Aussage. Korrekt müsste es heißen, „im Licht der Lampe erscheint uns durch unsere Betrachtung der Tisch rot zu sein“. Den Unterschied betrachte ich als Wesentlich in der Zugangsweise.

Es geht darum was Dinge an sich sind, und welche Informationen (Eigenschaften) wir über diese Dinge erhalten können.

Ein Ding an sich hat keine unmittelbaren Eigenschaften! Eigenschaften gehören zu Feldern, und erst im Zuge von Prozessen werden Eigenschaften, und damit Dinge sichtbar.

Ich sage nicht, dass es die Dinge nicht gibt. Es gibt sie aber nur als Konvention, welche lokale und temporäre Anhäufungen von Eigenschaften, wir einem Ding zuschreiben! Weitere Aussagen über Dinge sind grundsätzlich für uns nicht möglich.

Durch die fixierte Vorstellung dass die Eigenschaften zu den Dingen gehören, entsteht ein Teil der großen Verwirrung in der Interpretation der Quantenwelt.

Existenz ist ein weiteres Thema welches notwendigerweise betrachtet werde muss, will man Information qualitativ beurteilen.

Wir müssen annehmen dass eine Welt „außerhalb“ von uns real existiert. Wir dürfen auch annehmen dass Quantenobjekte wie Photonen und Elektronen existieren.

Aber, es reicht aus, wenn wir annehmen dass „etwas“ an einem Prozess beteiligt ist, in welcher Rolle auch immer.

Über das „Wesen“ nachzudenken ist deswegen nicht sinnvoll, weil wir grundsätzlich über ein „dingliches Etwas“ nichts Unmittelbares erfahren können, sondern immer nur indirekt über Eigenschaften die aber zu den „Feldern“ gehören.

Diese Eigenschaften „gruppieren“ sich scheinbar um die Existenzen, ohne das es deswegen sinnvoll (oder notwendig) ist anzunehmen, dass diese Eigenschaften das Ding an sich sind.

Wohl gibt es einen Zusammenhang, sonst wäre die Übung ohne Sinn, aber der ist grundsätzlich nicht erfahrbar.

Und Feldeigenschaften werden nur in Prozessen zu Wirklichkeiten!

Information kann nur in Prozessen erkannt werden, weil Information auch nur in Prozessen Wirkung zeigt. Ohne Prozess keine Information, ohne Information kein Wissen über eine Existenz.

Information auf Symboleben, bzw. Informationsverarbeitung auf Symbolebene ist ein Kennzeichen von „menschlichen Leben“, hier denke ich findet man Konsens.

Unstrukturierte Information zu verarbeiten bedarf keiner Qualifikation, außer der, an bestimmten Prozessen teilnehmen zu können, also auf „Umwelteinflüsse“ zu reagieren.

Ein Elektron welches mit einem anderem über ein Photon eine WW hat, kann als Informationsverarbeitungseinheit (für unstrukturierte Informationen) angesehen werden, in dem Sinne kann die Wirklichkeit mit Information gleichgesetzt werden. (Im Sinne von Zeilinger).

Insbesondere ist dann ein Photon nicht mehr als eine „unstrukturierte“ Information.


Unser „Elektron“ versteht die Information, und trifft mit dieser Information eine Entscheidung. Ob diese nun objektiv Zufällig ist, oder vom Elektron „bewusst entschieden“ kann von uns nicht unterschieden werden!

Eine mathematische Formel, eine Aussage eines Physiker kann für uns Menschen nur dann Information sein, wenn klar ist, wie die Symbolkonvertierung erfolgt.

Dann kann man davon sprechen, dass die Information die Wirklichkeit repräsentiert, aber keinesfalls ist diese Information mit der Wirklichkeit gleichzusetzen.

Nachdem wir in unserer Sprache keine Differenzierung haben für diese beiden vollständig unterschiedlichen Formen von Information, weil in uns dieser Prozess permanent parallel und automatisch abläuft, kommt es in der Diskussion laufend zu „Missverständnissen“.

In diesem Sinne ist die Unterscheidung „Leben“ von „Nicht Leben“ nur möglich, wenn man den vollen Aspekt einer Existenz versteht, und beurteilen kann, ob diese Existenz „Sinnvoll“ auf Informationen reagiert.

Nachdem uns das wohl kaum möglich ist, ist es vermutlich einfacher Existenz danach zu klassifizieren welche Freiheitsgrade es bei dem Erlangen von neuen Informationen gibt zu reagieren. Und das wozu WIR Leben sagen, muss halt dann nach unserem Verständnis "sinnvoll" reagieren können.

Das schliesst weitere komplexere Informationsverarbeitungseinheiten, und somit Bewusstsein (Leben) zwar nicht aus, verbannt sie aber in unserem Sinne in das Reich der Esoterik.

Ich hoffe damit ein Wenig dabei beigetragen zu haben bei der Klärung des Rätsels um die Information.


Theo

[JoAx]

Zitat von TheoC

Wir können, ohne auch nur jemals ein Notenblatt gesehen haben, diese Information verstehen.

Das ist eine gewagte Behauptung. Mag sein, dass man die Noten nicht kennen muss, um ein Musikstück zu verstehen (oder vlt. eher zu fühlen), aber es braucht schon eine, so zu sagen, "passende Erfahrung". Ich meine damit, dass ich (als Europäer) die chinesische oder indische Musik eher nicht "verstehe".

Zitat von TheoC

Diese Form der Information ist unstrukturiert und komplex.

Komplex - je nachdem, was für ein Musikstück das ist.
Unstrukturiert - wohl eher in gar keinem Fall.

Zitat von TheoC

Wir können alleine durch Betrachtung der Frequenzanalyse keine Aussage machen ob es sich um Musik handelt, oder einfach um einen rhythmischen Lärm.

Was ist "rhythmischer Lärm"?
Was verstehst du unter "Lärm"?
Und was unter "rhythmisch"?
Es gibt so ein Ding, das nennt man "weisses Rauschen". Wäre das für dich - Lärm?
Dieses "weisse Rauschen" kann eigentlich nur lauter oder leiser sein. Wäre periodische Veränderung der Lautstärke etwas, was du "Rhythmik" nennen würdest?

Irgendwie sagt mir meine Intuition, dass man sehr wohl Musik durch (Frequenz-) Analyse erkennen kann.

Bis hierhin.

[TheoC]

Zitat von JoAx
Das ist eine gewagte Behauptung. Mag sein, dass man die Noten nicht kennen muss, um ein Musikstück zu verstehen (oder vlt. eher zu fühlen), aber es braucht schon eine, so zu sagen, "passende Erfahrung". Ich meine damit, dass ich (als Europäer) die chinesische oder indische Musik eher nicht "verstehe".

Stimmt schon das eine gewisse Erfahrung erforderlich ist. Das reicht dann aber auch schon aus. Für die Wahrnehmung von Harmonie und Takt benötigt es aber keinerlei weiteres Wissen. Hab in Kenia mit Leuten musiziert, die konnten nicht einmal lesen, von Noten so und so keine Ahnung. Aber tolle Musik haben die trotzdem gemacht. Das meine ich mit "verstehen" von "Information" - wir hören es (nehmen Schallwellen war), und erkennen es als Musik.

Zitat von JoAx
Komplex - je nachdem, was für ein Musikstück das ist.
Unstrukturiert - wohl eher in gar keinem Fall.

das meine ich mit "unstrukturierter Information" - nicht das das Ergebnis nachdem wir es "wahrgenommen" haben unstrukturiert ist. Diese "Wellen" müssen zuerst wahrgenommen werden um Information zu sein. Ich wüsste nicht wie ich es sonst sprachlich abgrenzen kann zu einer Symbolinformation

Wenn du nur das Bild hast, erkennst du bei Musik eigentlich immer eine bestimmte Regelmäßigkeit, das habe ich dann auch mir "Rhytmus" gemeint. Ein ähnliches Bild bekomme ich aber auch wenn ich an einer stark befahrenen Strasse vorbeifahrende Autos aufnehmen, das habe ich mit Lärm gemeint.

Vielleicht gibt es ja einen besseren Begriff für etwas was "Sinn macht" wenn wir es wahrnehmen (Information ist für uns) aber eben nicht als "Symbolische Information" vorliegt.
Das eine sind eben Noten, das andere komplexe Schallwellen.

Und diese beiden Arten von "Information" können aus meiner Sicht bei der Frage ob "Information und Wirklichkeit das gleiche sind" nicht gleich behandelt werden.


Theo

[JoAx]

Zitat von TheoC

Das meine ich mit "verstehen" von "Information" - wir hören es (nehmen Schallwellen war), und erkennen es als Musik.

Das sagt doch zunächst nur, dass nicht alles unterschiedlich ist. Es gibt auch Gemeinsamkeiten.

Zitat von TheoC

das meine ich mit "unstrukturierter Information" - nicht das das Ergebnis nachdem wir es "wahrgenommen" haben unstrukturiert ist. Diese "Wellen" müssen zuerst wahrgenommen werden um Information zu sein. Ich wüsste nicht wie ich es sonst sprachlich abgrenzen kann zu einer Symbolinformation

Auch das sagt eher darüber etwas aus, wie geeignet unsere "Augen" für die Verarbeitung von Tönen, Klängen usw. sind. Eine Grafikkarte zu "bitten" Klänge zu generieren ist wohl eher unpassend, nicht wahr.

Zitat von TheoC

Wenn du nur das Bild hast, erkennst du bei Musik eigentlich immer eine bestimmte Regelmäßigkeit, das habe ich dann auch mir "Rhytmus" gemeint. Ein ähnliches Bild bekomme ich aber auch wenn ich an einer stark befahrenen Strasse vorbeifahrende Autos aufnehmen, das habe ich mit Lärm gemeint.

Habe ich schon vermutet. Aber auch da heisst es zunächst nur, dass (womöglich sogar nur ungeschultes) Auge Lärm nicht von Musik unterscheiden kann.

[QUOTE=TheoC;76917]
Vielleicht gibt es ja einen besseren Begriff für etwas was "Sinn macht" wenn wir es wahrnehmen (Information ist für uns) aber eben nicht als "Symbolische Information" vorliegt.
Das eine sind eben Noten, das andere komplexe Schallwellen.
[QUOTE=TheoC;76917]

Ja, gut, die selben Noten kann man auf unterschiedlichen Instrumenten spielen, und das wir auch (im Detail) unterschiedliche "Wellenbilder" ergeben. Stichwort - Klangfarbe. Informationen mittels Bilder miteinander zu teilen (in diesem Fall Noten), ist eine Art der Kommunikation, aber nicht die einzige. Diese als eine Art "primere" informationsübertragende ("Sinn machende") zu sehen, ist nicht wirklich korrekt. Denke einfach mal daran, was du über die Gemütslage eines Menschen erfahren kannst, ohne ihn zu sehen, und mit ihm über etwas füllig anderes sprechend.

Es ist schon immer so gewesen, dass der Mensch, wenn er etwas neues untersucht, nach "Parallelen"/Gemeinsamkeiten bei etwas ihm bereits bekanntem sucht. Aber das heisst nicht, dass alle Eigenschaften des "Bekannten" auf das "Unbekannte" übertragen werden (können). So z.B. bei EM-Wellen - man hat erkannt, dass die Gleichungen denen ähneln, die man von den mechanischen Wellen/Schwingungen her kennt, das heisst aber bsw. nicht, dass die EM-Wellen einen (mechanischen) Träger brauchen. Und so ist es auch mit der "Information" in der QM. Man schaut, ob etwas von diesem "Konstrukt" in der Physik sinnvoll angewendet werden kann. Sinnvoll heisst - dass es uns weiter (ein Erkenntnisgewinn) bringt. Und als Basis wird nicht die "Information" genommen, was man so darunter im täglichen Leben versteht, sondern die, für die mathematische Modelle bereits existieren. Von da muss man auch "tanzen". Und ein Bspl. dafür wäre halt EDV.

[TomS]

Vielleicht sollte man mal erwähnen, dass der Begriff "Information" zunächst sehr abstrakt definiert wird und daher nicht unmittelbar auf unsere Anschauung past.

Dann ist Information in unserer Alltagssprache immer interpretationsabhängig; z.B. enthält der Satz "Eis ist gefrorenes Wasser" unterschiedlich viel Alltags-Information, je nach Vorwissen (fünf mich z.B. eher eine Tautologie mit null Alltags-Information); nach Formalisierung mittels Bits ist der mathematische Informationsgehalt eindeutig definiert, auch wenn die Alltags-Information variiert.

Und nicht zuletzt ist auch der mathematische Informationsgehalt kontextabhängig. Z.B. kann in einer Programmiersprache der tatsächliche Informationsgehalt einer Zahl immer durch den Informationsgehalt des kleinstmöglichen Programmes, das diese Zahl generiert, definiert werden. Die Zahl 2 mit der Bitdarstellung 10 ist sicher nicht mehr weiter komprimierbar; die Zahl 1048576 mit der Bitdarstellung 100000000000000000000 kann wohl durch 2^20 = 10^10100 kompakter repräsentiert werden. Dabei ist die Bitanzahl aber z.B. auch programmiersprachenabhängig. Eine nicht-berechenbare Zahl kann durch keinen kompakteren Algorithmus repräsentiert werden und ist selbst Träger der maximalen und minimalen Information.

Insofern kann mn nicht irgendetwas in den Raum stellen und von "der Information" sprechen, ohne den Kontext und die Formalisierung zu definieren.

[TomS]

Da wir es hier auch mit Quanteninformation zu tun haben: ein QuBit wird durch einen eindimensionalen Einheitsvektor dargestellt; sein Informationsgehalt im Kontext der Quantenmechanik besteht zunächst mal in einer Richtungsangabe.

Wir können nun aber dieses QuBit als Kodierung einer klassischen Bitfolge interpretieren, und damit einen anderen Informationsbegriff zur Anwendung bringen. Der klassische Informationsgehalt (als Bitfolge) eines QuBits ist potentiell unendlich.