[논문 리뷰] Complex Dynamics of Real Quantum, Classical and Hybrid Micro-Machines

Andrei P. Kirilyuk|arXiv (Cornell University)|2002. 11. 15.

Quantum Mechanics and Applications인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 실존하는 양자, 고전 및 하이브리드 마이크로기계가 감소되지 않은 상호작용 복잡성으로 인해 본질적으로 다가치적이고 혼돈적인 행동을 보이며, 이는 유니터리 양자 계산을 본질적으로 불가능하게 하고, 복잡한 역학적 기계로의 전환을 필수로 한다고 제안한다. 핵심 기여는 양자 불확정성과 혼돈을 인과적으로 완전한, 복잡성 기반의 프레임워크로 설명하며, 유니터리 모델을 대체하는 보편적이고 창의적이며 자율적으로 발전하는 나노기술 및 지능의 원리적 패러다임을 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 유니터리 양자역학의 기본적 결함을 다루어 양자계산 및 나노기술 분야에서 지속적인 정체를 해결하기 위해.
• 실제 상호작용에서 내재된 불가분적 혼돈성과 다가치성으로 인해 유니터리 양자 계산이 동적으로 불가능하다는 것을 입증하기 위해.
• 실제 마이크로기계를 위한 인과적으로 완전하고 복잡성 기반의 프레임워크를 구축하여 양자 행동, 고전적 탄생, 그리고 내재된 창의성을 설명하기 위해.
• 생명체에 영감을 받은 동적이고 다가치적이며 자율적으로 발전하는 모델을 통해 나노기술, 생물공학 및 지능을 재정의하기 위해.
• 유니터리이고 경직된 과학 조직에서 개방적이고 복잡한 역학적이며 내재된 창의성을 지닌 과학적 구조로의 패러다임 전환을 제안하기 위해.

제안 방법

• 퍼티르베이션 근사 없이 효과적 잠재력 방법을 사용하여 다체 상호작용 문제의 감소되지 않은 해를 유도한다.
• 모든 물리계에서 보편적인 동적 복잡성과 혼돈성을 기반으로 하는 동적 중복성 개념을 도입한다.
• 다양한 다가치적 상호작용 결과를 적용하여 마이크로기계 역학에서 비인과적 확률 값과 확률적 프랙탈 구조를 도출한다.
• 유니터리 동역학이 아닌 인과적 비퍼티르베이션 역학에서 유래하는, 양자 행동이 동적 복잡성의 최저 수준으로 나타남을 확립한다. 이 과정에서 파동-입자 이중성과 불확정성이 유도된다.
• 유니터리 진화가 실체적 시스템의 내재적 다가치성과 엔트로피 증가와 충돌함을 입증하며, 특히 양자 복잡성 수준에서 더욱 뚜렷하다.
• 자유시장 경제와 유사한 개방적이고 자율적으로 발전하며 내재된 창의성을 지닌 기업 모델을 바탕으로 새로운 과학적 및 조직적 모델을 제안한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 소음이 없는 상황에서도 실존 물리계에서 유니터리 양자 계산이 본질적으로 불가능한 이유는 무엇인가?
• RQ2 양자 불확정성과 진정된 양자 혼돈의 동적 기원은 무엇이며, 기존 해석과 어떻게 다를까?
• RQ3 다체 문제의 감소되지 않은 해에서 동적 복잡성이 어떻게 유도되고, 그 보편적 성질은 무엇인가?
• RQ4 실제 마이크로기계—양자, 고전 또는 하이브리드—는 유니터리 진화가 아닌 내재된 다가치적이고 혼란스러운 역학 기반으로 설계될 수 있는가?
• RQ5 복잡성 기반 나노기술 및 지능의 잠재력을 극대화하기 위해 어떤 새로운 과학적 및 조직적 구조가 필요한가?

주요 결과

• 유니터리 양자 계산은 양자 복잡성 수준에서 감소되지 않은 높은 동적 무작위성과 충돌하므로 동적으로 불가능하다.
• 양자 불확정성과 파동-입자 이중성은 내재된 확률적 가정이 아니라, 상호작용 과정의 동적 다가치성에서 인과적으로 유래한다.
• 진정된 양자 혼돈은 감소되지 않은 비퍼티르베이션 해를 통한 다체 문제의 해석에서 기인하며, 실존 상호작용의 보편적 특성이다.
• 실체적 시스템의 동적 다가치적 구조는 동적 중복성에 뿌리를 두고 있는 보편적 기준에 따라 균일한(전역적) 혼돈을 이끌어낸다.
• 고전적 행동은 소음이 없는 마이크로시스템에서도 상호작용 복잡성의 발전을 통해 동적 복잡성 프레임워크에서 자연스럽게 탄생한다.
• 유니터리에서 복잡한 역학적 과학으로의 전환은 단순한 기술적 전환을 넘어서 과학 조직의 근본적 혁신이며, 무한한 창의성과 인과적으로 완전한 이해를 가능하게 한다.