22、量子音频表示：从数字到量子的探索

量子音频表示：从数字到量子的探索

1. 数字音频基础

在数字音频领域，脉冲编码调制（PCM）占据主导地位。PCM 凭借其可靠的无损存储和传输能力，成为数字音频的标准。与脉冲幅度调制（PAM）、脉冲位置调制（PPM）和脉冲宽度调制（PWM）等其他脉冲表示方式相比，PCM 更不易受到噪声和错误的影响。

现代 32 位和 64 位操作系统，以及像 Python 这样的高级编程语言，通过使用浮点数进一步改进了量化音频幅度的表示。浮点数可以高精度地存储实数的近似值，具有显著的小数位数。不过，这需要大量的存储空间和计算能力。

2. 从数字到量子音频

狄拉克符号能清晰展示音频信息（时间和幅度）如何转化为量子态，这让我们能直观理解量子音频表示。尽管量子计算范式可能有违直觉，但这种对量子音频组织结构的宏观理解，为我们指明了方向。

量子音频是一个新兴研究领域，许多基本问题仍待探讨。目前没有一种音频表示策略能被公认为最适合音频应用，每种策略都有其优缺点，未来可能会针对特定应用采用多种表示方法。

3. 量子音频的制备与检索

短期内，量子计算机不会在很多方面取代经典计算机，而是与经典计算机共存，形成混合的经典 - 量子处理环境。当前许多工作中的量子系统可通过云服务访问，并与经典机器交互，量子音频应用也是如此。这些应用严重依赖经典计算机，不仅要提供待制备的数字音频文件，还要对量子电路测量结果进行后处理，常用的经典编程语言有 Python 和 MatLab。

3.1 时间信息编码

量子比特是一个双态量子系统，可测量为 0 或 1，也能处于叠加态。对于多量子比特状态，可通过改变符号