科學(xué)哲學(xué)視域下的量子計(jì)算研究.pdf

1、量子計(jì)算是量子力學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)深度結(jié)合的產(chǎn)物，它在闡明計(jì)算的本質(zhì)以及分析量子力學(xué)的基本問題兩個(gè)方面都具有深刻的理論意義。盡管量子力學(xué)和計(jì)算科學(xué)早已備受科學(xué)哲學(xué)家們的關(guān)注，但是在國內(nèi)專門針對量子計(jì)算進(jìn)行的哲學(xué)研究還非常少。本論文的目的就是對量子計(jì)算所涉及到的邏輯基礎(chǔ)問題、可計(jì)算性問題、計(jì)算復(fù)雜性問題以及量子力學(xué)的解釋問題進(jìn)行全面的哲學(xué)分析，由此來揭示量子計(jì)算的本質(zhì)。
　　論文包括引言、四章系統(tǒng)性的論述和結(jié)束語。
　　第一章，量

2、子計(jì)算概觀：歷史發(fā)展與形式表征。本章介紹了量子計(jì)算提出的歷史背景及其物理基礎(chǔ)；對量子計(jì)算理論進(jìn)行了語形和語義分析，說明了量子計(jì)算加速性的具體表現(xiàn)就是量子并行運(yùn)算；簡單討論了量子計(jì)算的出現(xiàn)對邏輯理論、可計(jì)算性理論、計(jì)算復(fù)雜性理論以及量子力學(xué)解釋造成的影響。
　　第二章，量子計(jì)算的邏輯意蘊(yùn)。本章主要討論量子計(jì)算的邏輯基礎(chǔ)。首先介紹了經(jīng)典邏輯理論，并在此基礎(chǔ)上分析了傳統(tǒng)量子邏輯的語形結(jié)構(gòu)和語義內(nèi)涵，接著詳細(xì)考察了量子邏輯門所表征的邏輯規(guī)

3、則，說明了量子計(jì)算的邏輯基礎(chǔ)是一種新的量子計(jì)算邏輯，而非傳統(tǒng)的量子邏輯；通過對兩種非經(jīng)典邏輯進(jìn)行比較，指出它們雖然都是基于量子力學(xué)的邏輯，但事實(shí)上它們的邏輯規(guī)則和語義內(nèi)容都是不同的。
　　第三章，量子計(jì)算中的可計(jì)算性與計(jì)算復(fù)雜性問題。本章首先分析了丘奇-圖靈論題的內(nèi)容和形式隨著計(jì)算語境的變換而不斷發(fā)生變化的過程，指出在語境轉(zhuǎn)換中，丘奇-圖靈論題從最初作為描述抽象計(jì)算概念的數(shù)學(xué)論題，轉(zhuǎn)變成了揭示真實(shí)自然系統(tǒng)演化本質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)論題。接著本

4、章討論了量子計(jì)算能否實(shí)現(xiàn)超計(jì)算也即能否實(shí)現(xiàn)超越圖靈機(jī)可計(jì)算性的問題，在這里論文指出無論是量子線路計(jì)算還是量子絕熱計(jì)算都不能作為超計(jì)算的理論模型，并且認(rèn)為這個(gè)否定的回答說明了丘奇-圖靈論題包括其物理版本，至少目前仍然能夠?qū)θ祟愓J(rèn)識(shí)的邊界做出明確限定。本章最后分析了量子計(jì)算能否突破經(jīng)典計(jì)算復(fù)雜性的問題，指出量子紹爾算法所解決的大數(shù)因子分解問題的確是經(jīng)典計(jì)算中的一個(gè)NP類問題，但是該問題并不是NP完全類問題，只有證明確實(shí)存在量子算法能解決NP

5、完全類問題，我們才可以說它突破了經(jīng)典計(jì)算復(fù)雜性，然而迄今為止這樣的量子算法還尚未出現(xiàn)。
　　第四章，量子計(jì)算與量子力學(xué)解釋。本章主要討論了三個(gè)與量子計(jì)算緊密相關(guān)且較為新穎的量子力學(xué)解釋，分別是量子力學(xué)的新埃弗雷特解釋、多計(jì)算解釋和信息論解釋。本章首先從分析量子力學(xué)的新埃弗雷特解釋出發(fā)，重新考察了量子計(jì)算與經(jīng)典計(jì)算的關(guān)系，將量子計(jì)算看作是更加基礎(chǔ)的計(jì)算模式，把經(jīng)典計(jì)算看作是它的特例，在這種意義下我們拓展了計(jì)算概念的外延。接著論文將計(jì)

6、算主義認(rèn)識(shí)論應(yīng)用于量子力學(xué)，通過利用多計(jì)算解釋理論，對測量問題作出解釋，避免了自在物理世界的線性演化與有意識(shí)的觀測者引起的波包塌縮之間的矛盾，消解了量子力學(xué)中的“二元論”問題。最后通過對菲林格爾等人關(guān)于量子力學(xué)能夠由信息理論重建這一新穎觀點(diǎn)進(jìn)行分析，論文指出量子力學(xué)有可能由此而被理解為一個(gè)原理性理論。
　　結(jié)束語部分對前幾章的討論進(jìn)行了總結(jié)，指出量子計(jì)算在主張新型計(jì)算模式的方法論地位、理解“自然機(jī)制+算法”①的計(jì)算觀念、給出更好的