[论文解读] 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 7

一句话总结

本文提出，由于未约化的相互作用复杂性，真实的量子、经典及混合微机械系统本质上表现出动态多值性与混沌行为，这从根本上排除了幺正量子计算的可能性，并要求转向内在复杂动力学的机械系统。其核心贡献是一个因果完备、基于复杂性的框架，将量子不确定性和混沌解释为动态涌现现象，以普遍性、创造性与自发展性的范式取代幺正模型，适用于纳米技术与智能领域。

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.

研究动机与目标

• 通过解决幺正量子力学中的基础性缺陷，以突破基础科学，特别是量子计算与纳米技术中的长期停滞状态。
• 证明幺正量子计算在真实物理系统中动态上不可能，原因在于真实相互作用中固有的不可约混沌性与多值性。
• 建立一个因果完备、基于复杂性的框架，用于真实微机械系统，以解释量子行为、经典涌现与内在创造性。
• 通过受生命系统启发的动态、多值且自发展的模型，重新定义纳米技术、生物技术与智能。
• 提出从幺正、刚性科学组织向开放、复杂动力学且内在创造性的科学结构的范式转变。

提出的方法

• 使用有效势方法推导多体相互作用问题的未约化解，避免微扰近似。
• 引入动态冗余概念，作为所有物理系统中普遍动态复杂性与混沌性的基础。
• 将动态多值相互作用结果应用于推导微机械动力学中的非因果概率值与概率分形结构。
• 确立量子行为作为动态复杂性最低层次的涌现，波粒二象性与不确定性源于因果、非微扰动力学。
• 证明幺正演化与真实系统内在多值性及熵增长不相容，尤其在量子复杂性水平下更为显著。
• 提出一种基于开放、自发展与内在创造性的企业模型的新科学与组织结构，类比于思想的自由市场经济。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何幺正量子计算在真实物理系统中，即使在无噪声条件下，也从根本上不可能？
• RQ2 量子不确定性和真正量子混沌的动态起源是什么？它与标准解释有何不同？
• RQ3 未约化的多体问题解如何导致动态复杂性涌现？其普遍特性为何？
• RQ4 能否基于内在多值性与混沌动力学，而非幺正演化，设计真实微机械系统——包括量子、经典或混合系统？
• RQ5 为实现基于复杂性的纳米技术与智能的全部潜力，需要何种新型科学与组织结构？

主要发现

• 幺正量子计算在动力学上不可能，因为幺正方案与量子复杂性水平下不可约的高动态随机性不相容。
• 量子不确定性与波粒二象性源于相互作用过程的动态多值性，是因果结果，而非源于内在概率假设。
• 真正量子混沌是真实相互作用的普遍特征，源于多体问题的未约化、非微扰解。
• 真实系统动态多值结构导致一个普遍的全局混沌判据，其根源在于动态冗余。
• 经典行为自然地从同一动态复杂性框架中涌现，即使在无噪声微系统中，也通过相互作用复杂性的演化实现。
• 从幺正科学向复杂动力学科学的转变，不仅是技术变革，更是科学组织的根本性革命，可实现无限创造力与因果完备的理解。