科學哲學視域下的量子計算研究.pdf

1、量子計算是量子力學與計算機科學深度結合的產物，它在闡明計算的本質以及分析量子力學的基本問題兩個方面都具有深刻的理論意義。盡管量子力學和計算科學早已備受科學哲學家們的關注，但是在國內專門針對量子計算進行的哲學研究還非常少。本論文的目的就是對量子計算所涉及到的邏輯基礎問題、可計算性問題、計算復雜性問題以及量子力學的解釋問題進行全面的哲學分析，由此來揭示量子計算的本質。
　　論文包括引言、四章系統(tǒng)性的論述和結束語。
　　第一章，量

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

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

4、章討論了量子計算能否實現(xiàn)超計算也即能否實現(xiàn)超越圖靈機可計算性的問題，在這里論文指出無論是量子線路計算還是量子絕熱計算都不能作為超計算的理論模型，并且認為這個否定的回答說明了丘奇-圖靈論題包括其物理版本，至少目前仍然能夠對人類認識的邊界做出明確限定。本章最后分析了量子計算能否突破經典計算復雜性的問題，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典計算中的一個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典計算復雜性，然而迄今為止這樣的量子算法還尚未出現(xiàn)。
　　第四章，量子計算與量子力學解釋。本章主要討論了三個與量子計算緊密相關且較為新穎的量子力學解釋，分別是量子力學的新埃弗雷特解釋、多計算解釋和信息論解釋。本章首先從分析量子力學的新埃弗雷特解釋出發(fā)，重新考察了量子計算與經典計算的關系，將量子計算看作是更加基礎的計算模式，把經典計算看作是它的特例，在這種意義下我們拓展了計算概念的外延。接著論文將計

6、算主義認識論應用于量子力學，通過利用多計算解釋理論，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，消解了量子力學中的“二元論”問題。最后通過對菲林格爾等人關于量子力學能夠由信息理論重建這一新穎觀點進行分析，論文指出量子力學有可能由此而被理解為一個原理性理論。
　　結束語部分對前幾章的討論進行了總結，指出量子計算在主張新型計算模式的方法論地位、理解“自然機制+算法”①的計算觀念、給出更好的