[論文レビュー] Complex Dynamics of Real Quantum, Classical and Hybrid Micro-Machines

Andrei P. Kirilyuk|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2002

Quantum Mechanics and Applications被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、実際の量子・古典的・ハイブリッドなマイクロマシンが、還元不能な相互作用の複雑さによって、本質的に動的多値性とカオス的挙動を示すと提案する。これは、ユニタリ量子計算が根本的になく、複雑ダイナミクスに基づくマシンへの移行を必然的に要求する。主な貢献は、因果的に完全で、複雑性に基づく枠組みを提示し、量子不確実性とカオスを動的発生現象として説明することで、ユニタリモデルに代わる普遍的で創造的かつ自己発展的であるナノテクノロジーや知能のパラダイムを提示することにある。

ABSTRACT

Any real interaction process produces many incompatible system versions, or realisations, giving rise to omnipresent dynamic randomness and universally defined complexity (arXiv:physics/9806002). Since quantum behaviour dynamically emerges as the lowest complexity level (arXiv:quant-ph/9902016), quantum interaction randomness can only be relatively strong, which reveals the causal origin of quantum indeterminacy (arXiv:quant-ph/9511037) and true quantum chaos (arXiv:quant-ph/9511035), but rigorously excludes the possibility of unitary quantum computation, even in an "ideal", noiseless system. Any real computation is an internally chaotic (multivalued) process of system complexity development occurring in different regimes. Unitary quantum machines, including their postulated "magic", cannot be realised as such because their dynamically single-valued scheme is incompatible with the irreducibly high dynamic randomness at quantum complexity levels and should be replaced by explicitly chaotic, intrinsically creative machines already realised in living organisms and providing their quite different, realistic kind of magic. The related concepts of reality-based, complex-dynamical nanotechnology, biotechnology and intelligence are outlined, together with the ensuing change in research strategy. The unreduced, dynamically multivalued solution to the many-body problem reveals the true, complex-dynamical basis of solid-state dynamics, including the origin and internal dynamics of macroscopic quantum states. The critical, "end-of-science" state of unitary knowledge and the way to positive change are causally specified within the same, universal concept of complexity.

研究の動機と目的

• ユニタリ量子力学の基礎的欠陥に起因する、量子計算やナノテクノロジー分野における長年の停滞を解消するため、基礎的科学の根本的問題に取り組む。
• ユニタリ量子計算が、実際の相互作用に内在する還元不能なカオス性と多値性のため、動的には不可能であることを示す。
• 実際のマイクロマシンの因果的に完全で、複雑性に基づく枠組みを確立し、量子挙動、古典的出現現象、および内在的創造性を説明する。
• 生体系にインspiredされた動的で多値的かつ自己発展的モデルによって、ナノテクノロジーやバイオテクノロジー、知能を再定義する。
• ユニタリ的で硬直的な科学的組織から、オープンで複雑ダイナミクス的かつ本質的に創造的な科学的構造へのパラダイムシフトを提唱する。

提案手法

• 摂動的近似を避けるために、有効ポテンシャル法を用いて多体相互作用問題の還元不能な解を導出する。
• すべての物理的系における普遍的動的複雑性とカオス性の基盤として、動的冗長性の概念を導入する。
• 動的多値性を持つ相互作用の結果を応用し、マイクロマシンダイナミクスにおける非因果的確率値と確率的フラクタル構造を導出する。
• 量子挙動が動的複雑性の最低レベルとして出現し、波動と粒子の二重性および不確実性が因果的で摂動論的でないダイナミクスから生じることを確立する。
• ユニタリ的進化が、実システムに内在する多値性とエントロピー増大と矛盾することを示し、特に量子複雑性レベルにおいて顕著である。
• 自由市場経済に類似した、オープンで自己発展的かつ本質的に創造的な企業のモデルに基づく、新しい科学的・組織的モデルを提唱する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ノイズが存在しない状況においても、なぜユニタリ量子計算は実物理系において根本的になく、動的には不可能なのか？
• RQ2 量子不確実性と真の量子カオスの動的起源は何か？ そして、標準的解釈とはどのように異なるのか？
• RQ3 多体問題の還元不能な解からどのように動的複雑性が出現し、その普遍的性質は何か？
• RQ4 実際のマイクロマシン（量子的・古典的・ハイブリッド）は、ユニタリ的進化ではなく、本質的多値的・カオス的ダイナミクスに基づいて設計可能か？
• RQ5 複雑性ベースのナノテクノロジーや知能の潜在能力を最大限に引き出すために、どのような新しい科学的・組織的構造が必要か？

主な発見

• ユニタリ量子計算は、量子複雑性レベルにおける還元不能な高い動的ランダムネスと矛盾するため、動的には不可能である。
• 量子不確実性と波動と粒子の二重性は、確率的仮説に起因するのではなく、相互作用プロセスの動的多値性から因果的に生じる。
• 真の量子カオスは、多体問題の還元不能かつ摂動論的でない解から生じる、実相互作用の普遍的特徴である。
• 実システムの動的多値的構造は、動的冗長性に根ざした、普遍的な（グローバルな）カオスの基準を導く。
• 古典的挙動は、ノイズのないマイクロシステムにおいても、相互作用の複雑性発展を通じて自然に出現する。
• ユニタリ的から複雑ダイナミクス的科学への移行は、技術的シフトを超えて、科学的組織の根本的革命であり、無限の創造性と因果的に完全な理解を可能にする。