從電腦信息論到量子計(jì)算機(jī)信息論

1、從電腦信息論到量子計(jì)算機(jī)信息論從電腦信息論到量子計(jì)算機(jī)信息論王德奎 1 劉月生 2(1 四川綿陽(yáng)日?qǐng)?bào)社，四川綿陽(yáng)，6210002 河池學(xué)院政法系，廣西宜州 546300) 摘要：綜合“信息”的“雙重解”結(jié)構(gòu)，不管是強(qiáng)“不可克隆”，還是弱“不可克隆”，“結(jié)構(gòu)信息” 一般是“不可克隆”的。而不管是強(qiáng)“克隆”，還是弱“克隆” ，“交換信息”一般是“克隆”的。而 所謂的觀察、測(cè)量，其本質(zhì)也是一個(gè)“克隆”問(wèn)題。但量子計(jì)算機(jī)(量腦)的計(jì)算本質(zhì)，則不 類(lèi)似電腦是一個(gè)提高“克隆”質(zhì)量的問(wèn)題，而是一個(gè)把“不可克隆”的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為一個(gè)可觀察、 測(cè)量的“克隆”問(wèn)題。關(guān)鍵詞：電腦、量子計(jì)算機(jī)、雙重解結(jié)構(gòu)、克隆、結(jié)構(gòu)信

2、息、交換信息、三旋理論一、電腦信息論 有一個(gè)比知識(shí)更天然和更基礎(chǔ)的概念，這個(gè)概念便是信息。但信息如若沒(méi)有定義，則是個(gè) 貧乏的概念，其他概念也不能據(jù)此得到表達(dá)和關(guān)聯(lián)。而信息流的運(yùn)作層面，要比知識(shí)的獲 取和傳播更為基本。因此，信息盡管也通過(guò)語(yǔ)言傳遞，但也只在由知覺(jué)傳遞，由記憶儲(chǔ)存。 量子理論與相對(duì)論是二十世紀(jì)物理學(xué)兩大支柱，也是二十世紀(jì)物理學(xué)所取得的最輝煌的成 果。到1982年，Wotters和Zurek在Nature雜志上發(fā)表一篇短文，提出所謂的量子不可 克隆定理：即一個(gè)未知的量子態(tài)不可能被完全精確復(fù)制。這個(gè)定理，雖然有人認(rèn)為已經(jīng)蘊(yùn) 涵在量子態(tài)疊加原理的最基本的量子力學(xué)原理之中，其實(shí)質(zhì)是量子態(tài)疊

3、加原理的一個(gè)重要 推論，但筆者不完全同意這個(gè)結(jié)論；量子不可克隆定理給量子信息的提取設(shè)置的不可逾越 的界限，以及“量子態(tài)不可克隆原理”指明環(huán)境的不可避免地破壞量子的相干性，就已經(jīng)能說(shuō) 明，克隆與不可克隆，其本質(zhì)是介入傳統(tǒng)問(wèn)題的新視角。而且量子不可克隆定理已經(jīng)開(kāi)始 能應(yīng)對(duì)來(lái)自信息世界和信息社會(huì)新的智力挑戰(zhàn)。然而早在 17 世紀(jì)的科學(xué)革命，使哲學(xué)家將其注意力從可知客體的本質(zhì)轉(zhuǎn)移到客體與認(rèn)知主 體之間的知識(shí)關(guān)系，隨后而來(lái)的信息社會(huì)的發(fā)展以及現(xiàn)在管理信息圈的工具、組織、信息 圈數(shù)百萬(wàn)人打發(fā)他們時(shí)間的語(yǔ)義環(huán)境的出現(xiàn)，信息已上升為一個(gè)基本概念，并突出了信息 與計(jì)算科學(xué)的概念、方法和理論基礎(chǔ)。這是自人工智能早

4、期工作以來(lái)就很清楚的事。特別 是1948年，申農(nóng)(Shannon)指出通信的極限而奠定的信息論基礎(chǔ)；這個(gè)基礎(chǔ)最初出發(fā)點(diǎn)似乎 非常簡(jiǎn)單，但卻不簡(jiǎn)單。申農(nóng)定義的“信息”概念是，信息的最基本形式是某一事物的對(duì)與錯(cuò)。 這個(gè)“對(duì)與錯(cuò)”，和“克隆與不可克隆” ，介入信息的視角是完全不同的，其本質(zhì)是電腦(電 子計(jì)算機(jī))信息論。因?yàn)椤皩?duì)與錯(cuò)”可以用一個(gè)二進(jìn)制單位，或者說(shuō)一個(gè)“比特”，以“1”或“0” 的形式來(lái)表達(dá)。在這一過(guò)程中，申農(nóng)有一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)，通過(guò)信息編碼來(lái)對(duì)付各種形式的 干擾，能將信息從一個(gè)地點(diǎn)傳送到另一個(gè)地點(diǎn)。目前， 關(guān)于電腦與信息研究，已經(jīng)結(jié)出累 累碩果，影響也日益廣泛，可以說(shuō)，現(xiàn)在信息論研究的三

5、個(gè)范疇:A.狹義信息論；B. 一般 信息論； C. 廣義信息論，其本質(zhì)都屬于電腦信息論，即是可克隆的內(nèi)容。 同時(shí)申農(nóng)的定義，使信息成為人們對(duì)事物了解的不確定性的消除或減少。這也是從“對(duì)與錯(cuò)” 的角度下的定義，例如信源發(fā)出了某種情況的不了解的“對(duì)”的狀態(tài)，即消除了不定性；并且 能用概率統(tǒng)計(jì)的數(shù)學(xué)方法，來(lái)度量為定性被消除的量的大小：如以H (x)為信息熵，是信 源整體的平均不定度；而信息I (p)是從信宿角度代表收到信息后消除不定性的程度，所 以它只不在信源發(fā)出的信息熵被信宿收到后才有意義。在排除干擾的理想情況下，信源發(fā) 出的信號(hào)與信宿接收的信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，H (x)與I (p)二者相等。所以信息熵

6、的公式也就 是信息量的分式。當(dāng)對(duì)數(shù)以2為底時(shí)，單位稱(chēng)比特(bit)，信息熵是l0g2=1比特。然而在熱 力學(xué)中，熵是物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的一個(gè)函數(shù)，它表示微觀粒子之間無(wú)規(guī)則的排列程度，即表示 系統(tǒng)的紊亂度。這正如一個(gè)系統(tǒng)中的信息量是它的組織化程度的度量，一個(gè)系統(tǒng)的熵就是 它的無(wú)組織程度的度量；即這一個(gè)正好是那一個(gè)的負(fù)數(shù)。這也說(shuō)明信息與熵是一個(gè)相反的 量，信息是負(fù)熵，它表示系統(tǒng)獲得后無(wú)序狀態(tài)的減少或消除，即消除不定性的大小。 然而，不管是語(yǔ)法信息、語(yǔ)義信息、語(yǔ)用信息；離散信息、連續(xù)信息；二元信息、多元信 息；自然信息，社會(huì)信息，科技信息，文藝信息，經(jīng)濟(jì)信息；前饋信息、反饋信息；真實(shí) 信息、虛假信息；有用

7、信息、無(wú)用信息；概率信息，突發(fā)信息，確定信息、模糊信息等， 從應(yīng)用、來(lái)源、載體分類(lèi)來(lái)說(shuō)多么復(fù)雜，但它們具有的，1、可識(shí)別；2、可轉(zhuǎn)換；3、可傳 遞；4、可加工處理；5、可多次利用（無(wú)損耗性）；6、在流通中擴(kuò)充；7、主客體二重性； 8、可度量性；9可存儲(chǔ)性；10時(shí)效性；11排序性等，都與“可克隆”的性質(zhì)類(lèi)似。特別 是關(guān)于信息傳輸?shù)挠行?、可靠性、保密性和認(rèn)證性研究中，例如信源熵的定義、量化， 信源編碼、信道編碼、加密編碼、解密編碼，以及關(guān)于信息的計(jì)量、發(fā)送、傳遞、交換、 接收和儲(chǔ)存等問(wèn)題，更是屬于的電腦信息論的內(nèi)容。1956 年，法國(guó)物理學(xué)家布里淵出版科學(xué)與信息論專(zhuān)著，從熱力學(xué)和生命等許多方面探

8、 討信息論，把熱力學(xué)熵與信息熵直接聯(lián)系起來(lái)，使熱力學(xué)中“麥克斯韋爾妖”的佯謬得以解釋。 1964年，英國(guó)神經(jīng)生理學(xué)家W.B.Ashby發(fā)表的系統(tǒng)與信息等文章，還把信息論推廣應(yīng) 用到生物學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)領(lǐng)域。這些研究，以及后來(lái)從經(jīng)濟(jì)、管理和社會(huì)的各個(gè)部門(mén)對(duì)信 息論的研究，使信息論遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超越了申農(nóng)原通信技術(shù)的領(lǐng)域。目前的哲學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家、 計(jì)算機(jī)和情報(bào)工作者以及普通老百姓，可以完全不理會(huì)電腦信息論中隱藏的“克隆”概念的認(rèn) 同，而且類(lèi)似天氣預(yù)報(bào)信息，股價(jià)預(yù)測(cè)信息，謊報(bào)軍情信息、經(jīng)濟(jì)信息等和信息價(jià)值的度 量及優(yōu)化，好似與電腦信息論的研究范圍和數(shù)學(xué)工具無(wú)關(guān)，比如有效市場(chǎng)理論中“股票價(jià)格 反映公司所有公開(kāi)的

9、信息”的“信息”的用法，一些反對(duì)電腦信息論的專(zhuān)家認(rèn)為，這是把公開(kāi) 的資料（文字?jǐn)?shù)據(jù)）本身當(dāng)作信息，實(shí)際上各人對(duì)資料理解的不同，信息（量）是不同的。因此， 他們希望擴(kuò)大信息的研究范圍和數(shù)學(xué)工具，但此追求其本質(zhì)仍然是一個(gè)提高 “克隆”或“對(duì)” 質(zhì)量的問(wèn)題。二、量子計(jì)算機(jī)信息論 量子計(jì)算機(jī)（量腦）和三旋理論的出現(xiàn)，也許能更從多方面揭開(kāi)“信息”與“克隆”關(guān)系的謎底， 為“信息”的本質(zhì)提供更為清晰的圖象。因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)和電腦的原理是不相同的 。這個(gè)中 的道理是，量子理論雖然把任何事物包括光、物質(zhì)、能量甚至?xí)r間都看成是以大量的量子 形式顯現(xiàn)的，并且這些量子是粒子和波的多種組合，以多種方式運(yùn)動(dòng)，但量子的拓?fù)?/p>

10、幾何 形狀抽象卻長(zhǎng)期沒(méi)有統(tǒng)一。一種認(rèn)為量子是質(zhì)點(diǎn)，如類(lèi)粒子模型；一種認(rèn)為量子是能量環(huán)， 如類(lèi)圈體模型。電子計(jì)算機(jī)屬類(lèi)粒子模型，因?yàn)樗奈⑻幚砥魇且源笠?guī)模和超大規(guī)模半導(dǎo) 體集成電路芯片為部件，這是以晶體能帶p-n結(jié)法則決定的電子集群粒子性為基礎(chǔ)得以開(kāi)發(fā) 的。而量子計(jì)算機(jī)則屬于類(lèi)圈體模型，因?yàn)橐慌_(tái)桌式量子計(jì)算機(jī)的基本元件如核磁共振分 光計(jì)，它操縱的是量子的自旋，而類(lèi)圈體模型最具有自旋操作的特色。類(lèi)圈體的三旋即面 旋、體旋、線(xiàn)旋不僅可以用作夸克的色動(dòng)力學(xué)編碼，而且也可以用作量子計(jì)算邏輯門(mén)的建 造。因?yàn)轭?lèi)圈體的三旋根據(jù)排列組合和不相容原理，可構(gòu)成三代62 種自旋狀態(tài)，并且為量 子的波粒二相性能作更直觀

11、的說(shuō)明：在類(lèi)圈體上任意作一個(gè)標(biāo)記（類(lèi)似密度波），由于存在 三種自旋，那么在類(lèi)圈體的質(zhì)心不作任何運(yùn)動(dòng)的情況下，觀察標(biāo)記在時(shí)空中出現(xiàn)的次數(shù)是 呈幾率波的，更不用說(shuō)它的質(zhì)心有平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。這與量子行為同時(shí)處于多種狀態(tài)且 能同時(shí)處理它的所有不同狀態(tài)是相通的。而這正是量子計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的理論基礎(chǔ)，并且能提 高計(jì)算速度。即由信息與電子計(jì)算科學(xué)（電腦）、信息與通信技術(shù)，引起的實(shí)踐與概念的轉(zhuǎn) 換，正在導(dǎo)致一場(chǎng)大變革，然而電腦的信息革命卻誤導(dǎo)了人們，以為僅僅是電子計(jì)算機(jī)正 面臨晶體管的尺寸縮小到常規(guī)微芯片的極限，顯示的量子行為的限制，才要求功能強(qiáng)大的 量子計(jì)算機(jī)的。 并且，這也不是有的人認(rèn)為的，量子計(jì)算機(jī)的研究

12、范圍和數(shù)學(xué)工具，與電腦信息論并沒(méi)有 本質(zhì)的不同。例如，量子計(jì)算機(jī)利用量子行為能同時(shí)處于多種狀態(tài)且能同時(shí)處理它的所有 不同狀態(tài)，類(lèi)似打開(kāi)一把有兩位的號(hào)碼鎖，在電子計(jì)算機(jī)中，一位的狀態(tài)由 0 或 1 規(guī)定， 兩位就構(gòu)成 4 種不同，即 0 與 0，0 與 1，1 與 0，1 與 1。隨著計(jì)算過(guò)程的進(jìn)行，數(shù)據(jù)位就 能很有秩序地在眾多的邏輯門(mén)間移動(dòng)，因此在電子計(jì)算機(jī)中可能需要進(jìn)行 4 次嘗試才能打 開(kāi)的計(jì)算，在類(lèi)似的一臺(tái)由極少量的氯仿構(gòu)成的兩位量子計(jì)算機(jī)中，一個(gè)量子位可同時(shí)以0 和 1 的狀態(tài)存在，兩個(gè)量子位也構(gòu)成類(lèi)似的 4 種不同狀態(tài)，而量子位卻不需移動(dòng)，要執(zhí)行 的程序被匯編成一系列的射頻脈沖，通過(guò)

13、各種各樣的核磁共振操作把邏輯門(mén)帶到量子位那 里，該鎖只用一步就被打開(kāi)。 當(dāng)然，也有更多的人認(rèn)為，不應(yīng)低估接受“克隆與不可克隆” 范式，所要遇到的不可逾越的 困難。然而，正是量子不可克隆的不可逾越，才能理解愛(ài)因斯坦關(guān)于“我不相信上帝在擲骰 子”的話(huà)。因?yàn)楣P者認(rèn)為，愛(ài)因斯坦是從宏觀物質(zhì)的清楚、精確的信息非常多，而不可克隆 說(shuō)的對(duì)物質(zhì)實(shí)體、實(shí)在、結(jié)構(gòu)最為本質(zhì)的看法。在這一點(diǎn)上，愛(ài)因斯坦和玻爾并沒(méi)有本質(zhì) 的分歧。不信，就看下面以“克隆與不可克隆” 范式，對(duì)微觀物質(zhì)和宏觀物質(zhì)作的對(duì)比分析 研究。1、由于事物能“一分為二”或有“雙重解”結(jié)構(gòu)，例如物質(zhì)可分為微觀物質(zhì)和宏觀物質(zhì)，我們 也把信息“一分為二”，類(lèi)

14、似“實(shí)體”的信息，設(shè)叫“結(jié)構(gòu)信息”；類(lèi)似“關(guān)系”的信息，設(shè)叫“交 換信息”，這僅是和“克隆與不可克隆”作的近似對(duì)應(yīng)，即假設(shè)“交換信息”是“可克隆”的，而“結(jié) 構(gòu)信息”是“不可克隆”的?，F(xiàn)以 “人”代表宏觀物質(zhì)，以“量子”代表微觀物質(zhì)，作對(duì)比分析研 究。2、從時(shí)序上來(lái)說(shuō)，宏觀物質(zhì)“結(jié)構(gòu)信息”的“人”，只能從“活”到“死”，不能從“死”到“活”。這 是非常清楚、精確的信息；因一個(gè)“人”的清楚、精確的信息非常多，這是不能作假的，所以 這個(gè)真“人”“不可克隆”，即真品克隆就成了贗品。但宏觀物質(zhì)“結(jié)構(gòu)信息”的“人”的這種清楚、 精確的信息雖然非常多，而類(lèi)似發(fā)生從“活”到“死”的概率少，且類(lèi)似相同信息發(fā)生

15、的間隔大， 所以是一種弱“不可克隆”。因此對(duì)“交換信息”的“人”，是可以克隆的，例如戲劇、電影，拌 演真人的演員這種克隆“人”，就可以從“活”到“死”，也可以從“死”到“活”。其原因不光是改 變了時(shí)序問(wèn)題，而且還存在“速度”問(wèn)題。從速度上來(lái)說(shuō)，宏觀物質(zhì)一般遠(yuǎn)離“光速”，“結(jié)構(gòu) 信息”的“人”也遠(yuǎn)離“光速”，因此“交換信息”的“人”容易“克隆”，而且這是一種強(qiáng)“克隆”。3、再說(shuō)微觀物質(zhì)，由于存在不確定性原理，量子存在漲落，因此好似不清楚、精確的信息 非常多，容易克隆，即如俗話(huà)說(shuō)的：“畫(huà)鬼易，畫(huà)人難”，因?yàn)槿?，大家清楚，而鬼大家不?楚，可隨便畫(huà)。但事實(shí)上，從時(shí)序上來(lái)說(shuō)，“結(jié)構(gòu)信息”的“量子”不但

16、能從“存在”到“消失”， 而且也能從“消失”轉(zhuǎn)到“存在”，這些清楚、精確的信息非常多，因此“量子”克隆既難又不容 易。其次，從速度上來(lái)說(shuō)，微觀物質(zhì)一般接近“光速”，“結(jié)構(gòu)信息”的“量子”也接近“光速”， 量子漲落的速度也接近“光速”，而且這種類(lèi)似相同信息發(fā)生的間隔小，概率又多，因此“量 子”是“不可克隆”的；而且這是一種強(qiáng)“不可克隆”。是否“交換信息”的“量子”也不可克隆的 呢？這要取決于具體情況。否定隨機(jī)性的學(xué)者認(rèn)為，隨機(jī)性并非無(wú)序性；在真正的無(wú)序系 統(tǒng)中，小誤差會(huì)以幾何級(jí)數(shù)迅速發(fā)展，所以類(lèi)似擲骰子的隨機(jī)或概率是由兩個(gè)原因引起的， 一是像擲骰子一樣，人們不知道它的初始狀態(tài)；二是它的無(wú)序運(yùn)動(dòng)。

17、 量子不可克隆為量子編碼的絕對(duì)安全性提供了基礎(chǔ)，但也存在概率誤差迅速發(fā)展的環(huán)節(jié)。 這讓我國(guó)以郭光燦、段路明教授為首的科學(xué)家獨(dú)辟蹊徑，避開(kāi)量子不可克隆的研究方向， 提出了“量子概率克隆機(jī)”，這一理論隨后被國(guó)際許多著名的實(shí)驗(yàn)室所證明，被譽(yù)為“段-郭概 率克隆機(jī)”，他們推導(dǎo)出的最大概率克隆效率公式，被國(guó)際上稱(chēng)為“段-郭界限”。其原理是， 量子態(tài)在超輻射的條件下會(huì)發(fā)生集體效應(yīng)，能在消相干的環(huán)境下保持其相干性，這一研究 成果被國(guó)際學(xué)術(shù)界稱(chēng)為“無(wú)消相干子空間理論”。他們運(yùn)用“無(wú)消相干子空間理論”，在國(guó)際上 首創(chuàng)了“量子避錯(cuò)編碼原理”，從根本上解決了量子計(jì)算中的編碼錯(cuò)誤造成的系統(tǒng)計(jì)算誤差問(wèn) 題。即這里“交換

18、信息”的“量子”的克隆，是一種弱“克隆”。4、綜合上述“信息”的“雙重解”結(jié)構(gòu)，不管是強(qiáng)“不可克隆”，還是弱“不可克隆”，“結(jié)構(gòu)信息” 一般是“不可克隆”的。而不管是強(qiáng)“克隆”，還是弱“克隆” ，“交換信息”一般是“克隆”的。而 所謂的觀察、測(cè)量，其本質(zhì)也是一個(gè)“克隆”問(wèn)題。但量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算本質(zhì)，則不類(lèi)似電腦 是一個(gè)提高“克隆”質(zhì)量的問(wèn)題，而是一個(gè)把“不可克隆”的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為一個(gè)可觀察、測(cè)量的 “克隆”問(wèn)題。三、信息范型、結(jié)構(gòu)信息、交換信息的定義 人類(lèi)需要隨時(shí)獲取、傳遞、加工、利用信息，否則就不能生存。人類(lèi)早期只是用語(yǔ)言和手 勢(shì)直接進(jìn)行通訊，交流信息。人們獲得信息的方式也是兩種；一種是直接的

19、，即通過(guò)自己 的感覺(jué)器官，耳聞、目睹、鼻嗅、口嘗、體觸等直接了解外界情況；一種是間接的，即通 過(guò)語(yǔ)言、文字、信號(hào)等等傳遞消息而獲得信息。人類(lèi)的社會(huì)生活是不能離開(kāi)信息的。 人類(lèi)不僅時(shí)刻需要從自然界獲得信息，而且人與人之間也需要進(jìn)行通訊，交流信息。長(zhǎng)期 以來(lái)，人們對(duì)結(jié)構(gòu)信息、交換信息和信息范型的認(rèn)識(shí)都比較模糊，也眾說(shuō)紛紜。現(xiàn)在通過(guò) 對(duì)電腦信息論到量子計(jì)算機(jī)信息論的研究，已能對(duì)它們作出定義。結(jié)構(gòu)信息：觀察、測(cè)量的事物不管是強(qiáng)“不可克隆”，還是弱“不可克隆”，一般是指“不可克 隆”的結(jié)構(gòu)交換。交換信息：觀察、測(cè)量的事物不管是能強(qiáng)“克隆”，還是弱“克隆” ，一般是指能“克隆”的交 換結(jié)構(gòu)。信息范型：指對(duì)

20、信息作的“克隆與不可克隆”的“雙重解”分類(lèi)，一般僅指結(jié)構(gòu)信息和交換信息 這兩類(lèi)范式。人們對(duì)于信息的了解，比對(duì)于物質(zhì)和能量的了解晚，至今信息是什么？尚未形成一個(gè)公認(rèn) 的、確切的定義。英文信息一詞(In formation)的含義是情報(bào)、資料、消息、報(bào)導(dǎo)、知識(shí) 的意思。所以長(zhǎng)期以來(lái)人們就把信息看作是消息的同義語(yǔ)，簡(jiǎn)單地把信息定義為能夠帶來(lái) 新內(nèi)容、新知識(shí)的消息。但是后來(lái)發(fā)現(xiàn)信息的含義要比消息、情報(bào)的含義廣泛得多，不僅 消息、情報(bào)是信息，指令、代碼、符號(hào)語(yǔ)言、文字等，一切含有內(nèi)容的信號(hào)都是信息。有 人還把消息、情報(bào)、信號(hào)、語(yǔ)言等等，都認(rèn)為是信息的載體，而信息則是它們荷載著的內(nèi) 容?，F(xiàn)何能定義信息范型

21、、結(jié)構(gòu)信息、交換信息等概念呢？其實(shí)，通過(guò)對(duì)電腦信息論到量 子計(jì)算機(jī)信息論的研究，也提高了人們對(duì)信息是宇宙中除物質(zhì)和能量外的第三個(gè)“要素”的認(rèn) 識(shí)，而且已經(jīng)能給“信息”作出一個(gè)完整、全面的定義。信息：是除物質(zhì)和能量外包含時(shí)序與概率的第三個(gè)“要素”，既能包容“對(duì)與錯(cuò)”，又能包容“克 隆與不可克隆”的結(jié)構(gòu)與交換。這里，包容“對(duì)與錯(cuò)”，就有“熵”的存在，也有不確定性的消除或減少。這里，包容“克隆與 不可克隆”，就有“構(gòu)成論”與“生成論”，或“物質(zhì)實(shí)體”與“關(guān)系實(shí)在”，或“自在實(shí)體”與“現(xiàn)象 實(shí)體”的存在，也有“顯析序”與“隱纏序”，或“現(xiàn)實(shí)世界”與“可能世界”的分辯。本文不準(zhǔn)備 對(duì)此作更的解釋?zhuān)@里再

22、以愛(ài)因斯坦針對(duì)玻爾的量子論的關(guān)于“我不相信上帝在擲骰子”的說(shuō) 法作些分析。這個(gè)跨世紀(jì)影響的爭(zhēng)論，讓半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)的許多理論物理學(xué)家和哲學(xué)家， 競(jìng)相誤導(dǎo)和夸大愛(ài)因斯坦與玻爾之間的分歧。其實(shí)，從信息范型的“雙重解”看，愛(ài)因斯坦與 玻爾之間沒(méi)有矛盾，他們倆人研究的都是“結(jié)構(gòu)信息”，得出的研究成果也都是“交換信息”， 只不過(guò)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論研究的是宏觀物質(zhì)，玻爾的量子論研究的是微觀物質(zhì)，其研究成 果“交換信息”，宏觀物質(zhì)與微觀物質(zhì)在“克隆與不可克隆”方面有強(qiáng)和弱的差異，而 20 世紀(jì) 只有電腦信息論而沒(méi)有量子計(jì)算機(jī)信息論，因此讓他們倆人討論了半天無(wú)結(jié)果。1923年，M玻恩向哥廷根科學(xué)院提交一封信，提名

23、玻爾和愛(ài)因斯坦為該院外籍院士；他在 玻爾的推薦中說(shuō)：“他對(duì)我們這個(gè)時(shí)代的理論和實(shí)驗(yàn)研究的影響，比任何其他物理學(xué)的影響 都大”。過(guò)了 40年，1963年，H海森伯在一篇玻爾悼文中寫(xiě)道：“玻爾對(duì)本世紀(jì)物理學(xué)家們 的影響，比任何其他人的影響都更大，甚至比阿爾伯特愛(ài)因斯坦的影響也更大。”又過(guò)了 40 年，現(xiàn)在本文想說(shuō)明的是，蓋爾曼在夸克與美洲豹一書(shū)的“量子力學(xué)的當(dāng)代觀”這一章結(jié) 語(yǔ)中說(shuō):“我們正在努力建構(gòu)量子力學(xué)的現(xiàn)代詮釋的目的，是想終止尼爾斯玻爾所說(shuō)的時(shí)代?！?這是從實(shí)數(shù)+虛數(shù)的“結(jié)構(gòu)信息”角度來(lái)理解空間“描述長(zhǎng)度”，是一種偏重實(shí)數(shù)的“交換信息”； 從歷史求和的角度來(lái)理解，又是對(duì)“結(jié)構(gòu)信息”虛數(shù)的依

24、賴(lài)。但這都能用觀控相對(duì)界的眼孔三 旋理論統(tǒng)一起來(lái)，從而有可能站在超越玻爾和愛(ài)因斯坦的高度作出量子力學(xué)新解釋?zhuān)床?停留在愛(ài)因斯坦的“結(jié)構(gòu)信息”的“不可克隆”范圍，強(qiáng)調(diào)要從玻爾的“不可克隆”高度進(jìn)入歷史 求和的“交換信息”層次。就這個(gè)意義上說(shuō)，愛(ài)因斯坦的光速界面是立本，玻爾的二重互補(bǔ)是 立標(biāo)，愛(ài)因斯坦和玻爾的超前思想難道還有多大的矛盾嗎？四、量子計(jì)算機(jī)信息論與三旋 有學(xué)者認(rèn)為，由于量子力學(xué)向信息學(xué)科的滲透和拓展而重新熱鬧起來(lái)的有關(guān)“量子力學(xué)詮釋” 的討論和研究，目前如果尚有100道物理難題的困擾，那么比起其他99道物理難題來(lái)說(shuō)， 愛(ài)因斯坦的相對(duì)論和以玻爾為代表的量子力學(xué)之間的協(xié)調(diào)在20世紀(jì)留給2

25、1 世紀(jì)物理學(xué)的 第一朵烏云，就具體表現(xiàn)在“EPR實(shí)驗(yàn)”和“薛定鍔貓佯謬”兩個(gè)問(wèn)題上。如果中國(guó)人發(fā)明的 環(huán)量子三旋理論，能夠在解釋微觀粒子的波粒二象性以及“EPR實(shí)驗(yàn)”方面有所建樹(shù)，使量子 力學(xué)擺脫EPR佯謬的折磨;但是它能否解除“薛定鍔貓佯謬”的折磨，也還要有所期待，因?yàn)?三旋理論還沒(méi)有在解決“薛貓”佯謬方面做文章。即使類(lèi)似潘建偉教授的多粒子糾纏態(tài)隱形 傳輸與三旋理論一文，也不外乎是說(shuō)明量子多粒子糾纏能“超光速”的傳輸并非是“超光速”。 而與“EPR實(shí)驗(yàn)”問(wèn)題相比，“薛定鍔貓佯謬”是量子信息論中的關(guān)鍵問(wèn)題，也是研制“量子計(jì) 算機(jī)”的理論基礎(chǔ)之一，三旋理論避開(kāi)信息論，其意圖是否在為自己找突破口

26、？因?yàn)槿?論曾聲稱(chēng)，解決相對(duì)論與量子力學(xué)之間不協(xié)調(diào)的矛盾，出路是把信息看成宇宙的組成部分 全息理論是否真能革量子場(chǎng)論的命，還不得而知，但環(huán)量子及其三旋能部分革量子場(chǎng)論的 命，其本質(zhì)是拓?fù)鋵W(xué)和微分幾何的環(huán)面與球面不同倫。是的，如果在三旋理論不討論“薛定鍔貓佯謬”，這是不負(fù)責(zé)任的表現(xiàn)?，F(xiàn)在可以看到這個(gè)突 破口，是信息論應(yīng)分為電腦信息論和量子計(jì)算機(jī)信息論雙重解。三旋理論對(duì)波粒二象性和 EPR佯謬的解釋?zhuān)玫氖请娔X信息論，即用環(huán)量子的三旋就能解釋波粒二象性和EPR佯謬， 這里涉及的結(jié)構(gòu)信息、交換信息，只需“對(duì)與錯(cuò)”的判斷；而對(duì)“薛定鍔貓佯謬”的解釋?zhuān)瑓s要 用到量子計(jì)算機(jī)信息論，即用環(huán)量子的三旋還不

27、能直接解釋“薛定鍔貓佯謬”，這里涉及的結(jié) 構(gòu)信息、交換信息，還需要用“克隆與不可克隆”對(duì)環(huán)量子三旋作出的解釋。眾所周知，球面和環(huán)面在拓?fù)渖喜灰粯?。也就是說(shuō)：把球面拉拉扯扯，只要不破不粘上其 它東西，它可以變大、變小、變長(zhǎng)、變扁，但還是個(gè)球面，總也變不成環(huán)面；反過(guò)來(lái)，環(huán) 面經(jīng)過(guò)彈性變形之后也變不成球面。象球面和環(huán)面這兩種在拓?fù)渖喜煌那鎱^(qū)別，深化 了微觀物質(zhì)“結(jié)構(gòu)信息”的整體性觀念，通過(guò)三旋及轉(zhuǎn)座子方法，可以找到了一種基于對(duì)稱(chēng)原 理的嚴(yán)格數(shù)理性證明：自旋：有轉(zhuǎn)點(diǎn)，能同時(shí)組織旋轉(zhuǎn)面，并能找到同時(shí)對(duì)稱(chēng)的動(dòng)點(diǎn)的 旋轉(zhuǎn)。自轉(zhuǎn)：有轉(zhuǎn)點(diǎn)，但不能同時(shí)組織旋轉(zhuǎn)面，也不能找到軌跡同時(shí)重復(fù)的旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn) 動(dòng)：可以沒(méi)有

28、轉(zhuǎn)點(diǎn)，不能同時(shí)組織旋轉(zhuǎn)面，也不存在同時(shí)對(duì)稱(chēng)的動(dòng)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)。按以上定義 類(lèi)似圈態(tài)的客體（簡(jiǎn)稱(chēng)類(lèi)圈體）存在三種自旋：A、面旋：類(lèi)圈體繞垂直于圈面的軸的旋轉(zhuǎn)； B、體旋：類(lèi)圈體繞圈面內(nèi)的軸的旋轉(zhuǎn)；C、線(xiàn)旋：類(lèi)圈體繞圈體內(nèi)中心圈線(xiàn)的旋轉(zhuǎn)。以 上三種旋簡(jiǎn)稱(chēng)三旋。正是從嚴(yán)格的語(yǔ)義學(xué)出發(fā)，才證明類(lèi)圈體整體的三旋是屬于自旋，而 類(lèi)圈體的部分（即轉(zhuǎn)座子）不是在作自旋，而僅是作自轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)，即整體與部分是不同倫 的。在類(lèi)圈體表面用經(jīng)線(xiàn)和緯線(xiàn)畫(huà)出網(wǎng)塊，即把類(lèi)圈體分成環(huán)段，再把環(huán)段分成格，做成 一種象魔方那樣能轉(zhuǎn)動(dòng)的魔環(huán)器，這種網(wǎng)塊就是轉(zhuǎn)座子（即子系統(tǒng)）。任取一網(wǎng)塊都能在類(lèi) 圈體面上沿體內(nèi)中心圈線(xiàn)作面旋；繞體內(nèi)中心圈線(xiàn)作線(xiàn)旋；或隨同圈體整體作體旋。并且 這三旋還可兩者、三者交叉組合運(yùn)動(dòng)。另外，轉(zhuǎn)座子還可在圈面局部地區(qū)作圓圈運(yùn)動(dòng)，即 局部旋。與有 26 個(gè)轉(zhuǎn)座子 54 格面的魔方相比，同樣轉(zhuǎn)座子數(shù)和著色的魔環(huán)器旋轉(zhuǎn)，由于 線(xiàn)旋時(shí)表面積還可變，就比魔方的4325 億億余種圖案變化還要多得多。在這里，轉(zhuǎn)座子可 以看成魔環(huán)器系統(tǒng)的子系統(tǒng)；反之，魔環(huán)器系統(tǒng)的子系統(tǒng)就是轉(zhuǎn)座子。在物質(zhì)演變的各種 層次，三旋現(xiàn)象都存在。微觀層次，環(huán)量子三旋“不可克隆”是顯然的。在宏觀層次，由于魔 環(huán)器線(xiàn)旋時(shí)轉(zhuǎn)座子在內(nèi)外的表面積要變化，也能證明類(lèi)似的魔環(huán)器難制造，而“不可克隆”。 所以微觀層次環(huán)量子的