多世界解释_平行世界_中的_平行计算_吴国林

多世界解释提供了支持， 然而， 事实并不是这样。量子计算还需要利用量子纠缠等量子力学的特有现象 ， 并且能够克服经典复杂性。经典计算机与量子计算机不是同一自然类 。 关键词： 量子力学； 多世界解释； 量子计算； 自然类 【中图分类号】 N031 【文献标识码】 A 【文章编号】 16717287 （ 2015 ） 01008005 “分支” 分支对应于微观系统的本征态。德·维特将 进一步看成是不同的世界。在多世界解释中， 不需要 波包扁缩， 即冯·诺依曼所描述的叠加态向现实态 （ 经典态） 的跃迁是根本不存在的， 因为多世界解释认 为， 每一个叠加态都对应于一个不同的世界， 它们都 具有同样的真实性， 没有任何一个世界比其他世界更 真实。 “ ②所有的 世界” 是共同存在的， 是同样实在的， 没有哪一个世界比另一个世界更实在。经过量子测 量后， 整个宇宙分裂为两个或更多彼此独立的世界， 其中任何一个世界都有一种测量结果得以实现， 或者 每一个世界都表示了微观系统的叠加态的一个分支。 “ 以 薛定谔猫” 为例， 多世界解释认为， 经过测量之后， 死猫与活猫这两种结果分别对应于不同的世界， 这两 个世界是独立的、 平行的且真实的世界。或者说， 经 过量子测量之后， 原来一个世界分裂为两个世界， 其 中一个世界的猫是死的， 另一个世界的猫是活的。 在多世界解释看来， 原来是一个世界， 经过测量 之后， 就变为多个世界， 且每个世界都是真实的。多 世界解释将世界分成许多真实的世界分支， 每一个分
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会产生一个世界的多个版本。
【收稿日期】 2015 － 01 － 13 【作者简介】 吴国林（ 1963 － ） ， 男， 四川营山人， 华南理工大学科学技术哲学研究中心主任， 教授， 博士生导师， 研究方向： 物理学哲 学、 技术哲学、 现象学科技哲学。 【基金项目】 教育部哲学社会科学研究重大课题攻关项目（ 11JZD007 ） ； 教育部人文社会科学研究项目（ 13YJC720012 ） ； 霍英东教育基 金项目（ 131099 ） ； 山西省高等学校人文社科重点研究基地项目（ 2014302 ） ； 山西省高等学校中青年拔尖创新人才计划项目（ 2013052001 ） ； 山西省软科学研究项目（ 2014041045 － 1 ）
3 变换就相当于一次并行变换， 一次就得到 2 = 8 个
量子态。n 次量子门对 n 位量子存储器施行幺正 量子存储器的 变换， 得到 2 个数的量子态。 易见， n 次操 能力是指数增加的。 但是， 在经典计算中， 作只得到一个数值的寄存器的经典态 。 态叠加原理是量子平行计算的物理基础。 量 子平行计算本质上不同于经典平行计算。 佐川弘 幸等认为， 在 量 子 平 行 计 算 中， 所计算的多个值 （ 如 f（ 0 ） 、 f（ 1 ） ） 同时以线性组合的形式包括在最 。“在经典平行计算中， （ 待计算函 后的状态之中 数） f （ x ） 的值分别在不同的电路里进行， 而在量子 平行计算中， 所有的 f （ x ） 的值都在一个电路里进 ， 行” 这就是经典并行计算与量子并行计算的根本 区别
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南京工业大学学报（ 社会科学版） 量子力学自 20 世纪初诞生以来， 对它的解释 就没有停止过， 每一个解释都有自身的特点， 但都 显现了量子世界的一个侧面。20 世纪末以来， 随 着量子信息理论的兴起， 出现了量子算法与量子 计算等量子技术， 而且量子力学与量子技术相关 联， 这为我们认识量子力学的多世界解释展开了 新的视域。 为什么量子计算机比经典计算机运行更快？ 多依奇等学者认为， 量子计算机有效的原因在于 它比经 典 计 算 机 更 高 效， 称之为量子平行论题 （ QPT） 。而且他还认为， 唯一能支持 QPT 的量子 力学解释就是多世界解释， 量子平行处理是对多 ， “量子计算， 世界解释的辩护。 他认为 现在还处 于它的婴儿期， 是这一发展历程中的独特一步， 它 是第一个允许有用的任务通过平行宇宙间的协作 来完成的技术。量子计算机能够把复杂任务的各 部分 分 配 到 大 量 平 行 宇 宙 中 去， 然后分享结
二、 量子计算支持多世界解释吗？
量子信息理论将信息从经典世界拓展到量子 现有的信息 （ 即经典信 世界。从经典物理学来看，
： “平行世界” “平行计算” 多世界解释 中的 特（ 量子位） 进行的简单幺正操作称之为量子逻辑 门， 量子逻辑门将量子力学系统的一个态演化为 另一个态， 幺正变换也是局域变换， 它只对一定的 量子位起作用。 我们考察一个量子门产生的平行计算能力， 以 H（ Hadamard ） 量子门为例： H|0＞ = 1 1 （ |0＞ +1|1＞） ， H|1＞ = （ ||0＞ － |1＞） 2 2 槡 槡 “多世界” 既然这些的平行的 之间是相互观察不到 的， 当然， 也就不能发生相互作用， 或发生量子信 息的传递。 若将寄存器制备为若干个数的相干叠加态， 接 着进行线性、 幺正运算， 则计算的每一步将同时对叠
［ 9 ］ 加态中的数进行， 这就是量子平行计算 。这一性
或者更严格地 质是由量子力学的根本性质决定的， 讲， 它是由微观客观的本质决定的。而且量子平行 计算， 不只是利用态叠加原理， 还需要利用量子态的 相干、 纠缠等量子现象。即是说， 量子计算的每一个 分支都处于量子态， 而且量子态之间是相干的， 有的 甚至是纠缠的， 特别是量子态之间的量子纠缠， 这是 多世界解释无法说明的。 在量子计算等量子信息的处理中， 还必须有 量子纠缠。对于量子信息的编码、 传递与处理， 量 子纠缠具有特殊的能力。 然而， 量子纠缠不可能 从态叠加现象得到解释， 量子纠缠是独特的量子 现象， 也没有相应的经典类比。 一般而言， 量子算 法有两个存储器 A 和 B ， 经过算法 f 的多重操作构 成的幺正算符 U （ f ） 作用于存储器初态之后， 最终 会形成两个存储器量子态的纠缠， 即测量 A（ 或 B ） 存储器， 就会造成 A （ 或 B ） 的塌缩， 带动 B （ 或 A ） 的关联塌缩， 进而达到相应计算的目的
+ + 子 U 具有幺正性， 即 UU = U U = 1 。
演化算子 U 的幺正性对量子信息的处理提出 了限制条件： 其一， 量子计算的一切逻辑操作必须 是幺正演化； 其二， 幺正操作总有逆操作存在， 因 此， 量子信息处理中的逻辑操作是可逆的 。 量子 计算机的运算是通过幺正变换来进行的 ， 幺正性 是量子力学系统的核心。 量子信息的处理就是对 编码的量子态进行一系列的幺正演化， 对量子比 81
第 14 卷
第 1 期 2015 年 3 月
南京工业大学学报（ 社会科学版）
中的“平行计算 ” 多世界解释： “ 平行世界 ”
吴国ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ， 叶路扬
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（ 华南理工大学 科学技术哲学研究中心， 广东 广州 510640） 摘 要： 量子力学有多种解释， 多世界解释是一种有影响的解释。 量子平行计算似乎为量子力学的
［5 ］ 境中的量子处理器的一个子类而已 ” 。 ［4 ］
。
孤立量子系统的状态 Ψ 可以通过演化算子 U t0 ） | Ψ （ t0 ） 来描述。将 U 定义为： | Ψ （ t ） ＞ = U （ t， ＞ 。量子态的演化满足薛定谔方程， 由此得到演化 算子 U 满足的方程： i U = HU。可以证明演化算 t
［ 2 ］ 支均关联于这些可能结果之一 。每一次量子测量
一、 问题的提出
1957 年， 埃弗雷特提出了量子力学的相对态解 释， 它是多世界解释的第一个模型。该模型认为， 对 于复合系统的子系统来说， 其独立态是不存在的， 其 “ （ branches） 不是独立的， “相对的” 。1967 分支” 而是 “ 年， 德·维特把埃弗雷特的 分支” 解释为同样真实的 “ （ parallel worlds ） ， 平行世界” 但它们之间是相互观 “ 察不到的。宇宙是由 多世界” 构成的， 测量将导致世 “分裂” ， 界的 该理论称之为量子力学多世界解释。 1973 年， 德 · 维特和格拉罕将多世界理论称之为 EWG 理论（ Everett WittGraham Theory ） 。自此之后， 多世界理论又有了新的进展， 如量子力学多视域或心 thread theo灵解释、 量子力学多线路理论 （ the manyry） 等。关于这一段历史， 《量子力学多 贺天平教授在 世界解释的哲学审视》 一文中已经给出了非常详尽的 梳理和深入的分析， 澄清了多世界解释的混乱局面， 为进一步的深入研究铺平了道路、 奠定了坚实的基 础 。简言之， 多世界解释的基本思想可概括为以下 几个方面。 ①物理实在是由许多相互观察不到， 且又同样真 实的世界组成。在埃弗雷特的相对态解释中， 每一个
关于经典比特与量子比特之间的本质区别， 已在 拙 文《量 子 信 息 的 哲 学 追 问 》 中给予了论 述
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。在此， 笔者想讨论余下的两个问题： 一是量
子力学多世界解释是否能完美解释量子计算 （ 包 括量子平行计算 ） ？ 二是经典计算机是否是量子 计算机的一个子类 （ kind ） ？ 换言之， 经典计算机 与量子计算机是否属于同一自然类 ？
［3 ］ 果” 。牛津大学量子计算中心的霍斯曼也认为，
息） 只有一 个 或 0 或 1 的 状 态， 信息单元为比特 （ bit） ， 或经典比特。在量子信息理论中， 基本的量 子信息单位是量子比特 （ qubit， 或称量子位） ， 它是 两个独立的状态， 可记为狄拉克符号： | 0 ＞ 和 | 1 ＞ 。 一个量子比特就是线性独立的双态系统， 由于满足 态叠加原理， 一个量子比特又是两态量子系统的任 意叠加态。换言之， 一个量子比特与只能取 0 或 1 值的经典比特不同， 它可以取无限多个值。 像经典计算机一样， 量子计算机是一个物理 系统， 并且是一个量子力学系统。 量子计算是量 子系统的量子态的演化过程。 量子计算可归结为 制备量子物理态， 演化量子物理态， 最后对量子物 理态进行测量。量子计算的编码与计算过程都是 建立在量子力学和量子信息理论的基础之上