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