[论文解读] Dynamically Multivalued, Not Unitary or Stochastic, Operation of Real Quantum, Classical and Hybrid Micro-Machines

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

Quantum Mechanics and Applications参考文献 503被引用 18

一句话总结

本文提出，所有真实的物理过程——包括量子、经典以及混合式微型机器——在动态上会生成多个不相容的系统实现，从而导致内在的多值性与复杂性。这种根植于不可约复杂性的内在动态随机性，从根本上否定了幺正量子计算的可行性，并要求转向受生物系统启发的、内在混沌且富有创造力的机器。

ABSTRACT

Any real interaction process produces many incompatible system versions, or realisations, giving rise to the omnipresent dynamic randomness and universally defined complexity (physics/9806002). Since quantum behaviour dynamically emerges as the lowest complexity level (quant-ph/9902016), quantum interaction randomness can only be relatively strong, which reveals the causal origin of quantum indeterminacy (quant-ph/9511037) and true quantum chaos (quant-ph/9511035), but rigorously excludes a possibility of unitary quantum computation, even in the 'ideal', noiseless system. Any real computation is an internally chaotic (multivalued) process of system complexity development realised in different regimes. The 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 the 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 solution of 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 the 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

• 通过证明幺正演化在量子力学中的基础假设与真实世界的动态随机性不相容，来挑战其基础假设。
• 确立量子不确定性和混沌是源于不可约系统复杂性的因果结果，而非源于内在的概率假设。
• 论证即使在理想、无噪声条件下，幺正量子计算在物理上也是不可实现的，原因在于真实相互作用的多值性本质。
• 提出一种基于复杂性驱动、内在创造性的动力学系统的全新范式，适用于纳米技术、生物技术和人工智能。
• 通过求解多体问题的非约化解，重新定义固态动力学和宏观量子态的基础。

提出的方法

• 分析真实相互作用过程如何生成多个不相容的系统实现，从而导致动态随机性和复杂性。
• 应用不可约复杂性的概念，表明即使在无噪声条件下，量子层次的动力学也并非幺正，而是多值的。
• 利用复杂性动力学框架，将量子不确定性的重新解释为低复杂度水平下高度动态随机性的结果。
• 从同一基于复杂性的动力学出发，推导出量子混沌的因果起源，这种动力学同样支撑宏观量子态的形成。
• 提出以显式混沌、多值系统取代幺正量子机器，其运作原理与生命有机体相一致。
• 引入一个普遍的基于复杂性的框架，统一描述量子、经典及混合式微型机器。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何幺正量子计算在根本上与真实物理过程不相容，即使在无噪声条件下？
• RQ2 根据所提出的基于复杂性的动力学，量子不确定性和量子混沌的因果起源是什么？
• RQ3 真实相互作用的多值性与动态随机性本质，如何挑战量子力学的标准解释？
• RQ4 生命有机体在何种意义上体现了应取代假设性量子计算机的、内在创造性且非幺正的机器？
• RQ5 对多体问题的非约化解如何揭示宏观量子态的真实动力学基础？

主要发现

• 真实物理相互作用本质上会产生多个不相容的系统实现，导致动态随机性，并产生普遍定义的复杂性。
• 量子行为作为最低复杂度层级出现，但即使在此层级，动力学也是多值的而非幺正的，与标准量子计算假设相矛盾。
• 量子不确定性和混沌的因果解释源于量子复杂度层级的不可约动态随机性，而非假设的概率。
• 幺正量子机器无法实现，因为其单值方案与真实相互作用的多值性本质不相容。
• 本文识别出幺正知识中的‘临界、科学终结’状态，并提出转向基于复杂性、基于现实的研究策略。
• 生命有机体已实现内在创造性、非幺正的机器，为未来纳米技术和人工智能提供了现实模型。