[論文レビュー] Modeling observers as physical systems representing the world from within: Quantum theory as a physical and self-referential theory of inference

John Realpe-Gómez|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2018

Quantum Mechanics and Applications参考文献 155被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、量子理論が二つの原理から生じることを提案する：(1) 観測者が実験に埋め込まれた物理的プロセスとしての推論によって、非可換性と虚数時間の力学が生じる；(2) 第一者的視点の記述が自己言及、対置性、実時間の量子力学的進化を導入する。主な貢献は、自己言及的推論を通じて、量子基礎論、意識、物理的観測を統合する枠組みを提示することにある。

ABSTRACT

In 1929 Szilard pointed out that the physics of the observer may play a role in the analysis of experiments. The same year, Bohr pointed out that complementarity appears to arise naturally in psychology where both the objects of perception and the perceiving subject belong to 'our mental content'. Here we argue that the formalism of quantum theory can be derived from two related intuitive principles: (i) inference is a physical process performed by physical systems, observers, which are part of the experimental setup---this implies non-commutativity and imaginary-time quantum mechanics; (ii) experiments must be described from a first-person perspective---this leads to self-reference, complementarity, and real-time quantum dynamics. This approach sheds new light on the foundations of quantum theory and suggests fundamental equations in physics are typically of second order due to the physical nature of the observer. It also suggests some experimental conjectures: (i) the quantum of action could be understood as the result of the additional energy required to transition from unconscious to conscious perception; (ii) humans can observe a single photon of visible light; (iii) self-aware systems and the neural correlates of the self should be composed of two complementary sub-systems, much like the DNA molecule is composed of two strands---this may help explain the double-hemisphere architecture of the brain. Moreover, this approach may help bridge the gap between science and human experience. We discuss the potential implications of these ideas for the modern research programs on consciousness and contemplative science. As side results: (i) we show that message-passing algorithms and stochastic processes can be written in a quantum-like manner; (ii) we provide evidence that non-stoquasticity, a quantum computational resource, may be related to non-equilibrium phenomena.

研究の動機と目的

• 観測者を実験に埋め込まれた物理的系としてモデル化することで、量子理論の基礎的欠落を埋める。
• 観測者が実験装置内で実行する推論を物理的プロセスとして扱うことで、測定問題を解決する。
• 意識的観測者の第一者的視点を通じて、量子力学における対置性と自己言及を説明する。
• 量子力学と主観的 human 経験の間の溝を、物理的・自己言及的推論に基づく量子理論の根拠によって埋める。
• 量子現象と意識、神経構造、情報処理を結ぶ検証可能な仮説を提示する。

提案手法

• 観測者の物理的推論と実験の第一者的記述という二つの核心的原理から、量子形式主義を導出する。
• 観測者を推論を実行する物理的系としてモデル化し、非可換な観測量と虚数時間の進化を生じさせる。
• 第一者的視点による自己言及を導入することで、対置性と実時間の量子力学的ダイナミクスを生成する。
• 自己言及的論理を用いて、量子重ね合わせと測定崩壊が物理的プロセスとして出現することを説明する。
• メッセージパッシングアルゴリズムと確率的過程にこの枠組みを適用し、それらが量子的類似形式で表現可能であることを示す。
• 観測者が推論において果たす役割を通じて、量子計算における非ストーキュアスティック性と非平衡物理的現象を関連付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実験に埋め込まれた観測者の物理的推論の原則から、どのようにして量子理論を導出できるか？
• RQ2 第一者的視点における自己言及が、対置性と実時間の量子力学的ダイナミクスを生じる役割を果たすか？
• RQ3 作用の量子が、無意識的から意識的知覚への移行のエネルギー代償として解釈可能か？
• RQ4 自己認識可能なシステムと意識の神経的相関は、DNAの二重ヘリックスに類似した二つの補完的サブシステムを必要とするか？
• RQ5 観測者の物理的性質が、基礎物理学における2次式を生じる仕組みは何か？

主な発見

• 量子理論の形式的枠組みは、観測者の物理的推論と第一者的視点の両方から導出可能である。
• 非可換性と虚数時間の量子力学は、観測者が物理的に推論を実行することから自然に生じる。
• 実時間の量子力学的ダイナミクスと対置性は、観測者の主観的視点からの実験の自己言及的記述から生じる。
• 本稿は、人間が1つの可視光子を検出可能であると仮説を立て、量子観測と意識的知覚を結びつける。
• 自己認識可能なシステムと意識の神経的相関は、二つの補完的サブシステムから構成されており、脳の左右対称構造の説明が可能である可能性がある。
• 量子計算における非ストーキュアスティック性は、観測者が推論において果たす役割を通じて、非平衡物理的現象と根本的に関連している可能性がある。