Существует ли бесконечная полоса пропускания для передачи информации?

Более конкретно и всеобъемлюще. Это сложная история, но ничто из того, что мы видели, не бесконечно, МБ — довольно большой ресурс, но в конечном итоге он зависит от энергии.

Полоса пропускания — это ширина полосы (BW) сигнала, несущего информацию. В природе действительно существует бесконечная возможная полоса пропускания, но вы должны каким-то образом сгенерировать сигнал. Это требует силы. Теоретически вы могли бы (практически, вероятно, нет, но давайте побалуем себя) иметь удельную мощность$\rho$= exp(-kx) с X частотой, и когда вы интегрируете от X=0 до бесконечности, вы получаете 1/k. Таким образом, вы могли бы сделать это, если бы вы могли спроектировать это таким образом, без физического ограничения BW. Но информация — это не то же самое, что BW, это то, сколько бит или пропускная способность может передавать этот канал.

Шеннон показал, что для классической информации (не обращайте внимания на квантовую информацию, она появится ниже)

C = BW * logbase2 (1+SNR).

ОСШ$\rho$* дВт/($N_0$* dW) для бесконечно малой полосы пропускания dW, с другим термином — спектральной плотностью шума. dW компенсируются, и после интегрирования у вас есть$\rho$над x SNR, равное 1/(k$N_0$). Конечная константа. Таким образом, с конечной мощностью вы можете получить бесконечное C для бесконечного BW.

Так что да, BW неограничен, как и информационная емкость. Но это только классически и только при условии, что вы можете генерировать бесконечную полосу пропускания сигналов или сигнал с бесконечной полосой пропускания.

Проблемы физические и практические, и ведут к квантовой физике. Теоретический предел — это квантовая физика высоких энергий. Создание сигнала с бесконечной полосой пропускания не выполнено, а если и было, то мы не можем обнаружить сигнал. Бесконечная полоса пропускания требует физической системы, производящей энергию на всех частотах. Может быть, они и могли бы теоретически, но в какой-то момент они испускают один фотон, а затем просто случайный случайный. Непонятно, как это можно использовать. В качестве альтернативы нам нужны системы, которые могут излучать в некоторой ограниченной полосе пропускания, но на все более и более высокой, без ограничений, частоте. Как вы знаете, квантовая энергия фотона растет с частотой, поэтому нам нужно создавать сигналы с бесконечной энергией, даже если это всего лишь один фотон. То есть мы действительно не можем, практически. Но мы можем получить самые высокие энергетические сигналы, которые мы можем произвести.

На данный момент самая высокая энергия, которую мы можем производить, составляет около 13 Тэв из БАК. Но мы далеки от того, чтобы упорядочить это для передачи информации. Но даже если мы попытаемся использовать естественные процессы при более высоких энергиях, все равно есть предел.

В любом случае, когда вы переходите к тем более высоким энергиям, где это одна частица (фотон или что-то еще) за раз, вам нужно использовать квантовую теорию информации. В этот момент лучший способ рассматривать это как квантовую информацию с точки зрения кубитов, и она не может быть больше, чем некоторое конечное число, кратное числу частиц. Вплоть до планковского предела, на данном этапе нашего знания физики, число частиц конечно в любой конечной области Вселенной. Итак, только если Вселенная бесконечна, информация может быть бесконечной. Мы до сих пор не знаем, бесконечна ли Вселенная. Мы знаем, что наблюдаемая Вселенная конечна. Таким образом, наблюдаемая информация конечна.

Ну не так быстро. Мы не знаем, что происходит на планковском масштабе, где царит квантовая гравитация. Может быть, струны или что-то еще, квант такого масштаба, не имеет предела энергии. Ну, мы не знаем.

Тем не менее, довольно ясно, что есть много BW, которые можно использовать, но которые мы не используем.

Люди в спектральном сообществе, с теоретическими предпочтениями, всегда говорят, что ограничения заключаются в том, насколько мы разумны в его использовании и в распределении BW. Люди, которым приходится создавать системы для отправки или хранения информации, менее оптимистичны, тратят много усилий на любую более высокую производительность, которую они могут получить. И они всегда борются с другими законами физики, которые препятствуют свободному распространению информации и ее обнаружению.