量子计算含义

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇量子计算含义范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

量子计算含义范文第1篇

关键词：量子信息;von Neumann熵;信息论

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）43-0279-02

一、定义

设一个量子系统的状态由密度算子

=pi|ψ〉〈ψ|（1）

其中，pi≥0，pi=1，|ψ〉是系统空间内的纯态。但此处需要注意的是不同的|ψ〉不一定相互正交。因此，可以定义这个系统的von Neumann熵为

S（ρ）=-trρlogρ（2）

如果不同的|ψ〉互相正交（不失一般性可以假设其已经归一化），那么von Neumann熵可以写为

S（ρ）=-〈ψm|ρlogρ|ψm〉（3）

对方程（3）进一步的推导后可以得到如下的表达式

S（ρ）=-〈ψm|pi|ψiδin〈ψn|logpj|ψj〉δjm

=-〈ψm|pn|ψn〉〈ψn|logpm|ψm〉

=-pmlogpm（4）

其中pm为密度算子的本征值。

从von Neumann熵的定义可以看出，其和经典信息论中的香农熵具有相类似的含义，能够用于定量分析信源的平均信息量，是忠实传送信源编码态所需要的最小信道量子位数目。同时，从公式（4）可以看出，当量子态处于完全混合态时（此时|ψi〉互相正交），von Neumann熵退化为香农熵。

二、基本性质

1.非负性。

S（ρ）=-trρlogρ≥0（5）

其中，当且仅当量子系统处于纯态时等号成立。该性质十分明显，而且证明过程十分简单，在此就不进行证明。讲解时可以作为练习让学生自己推导。

2.von Neumann熵在幺正变换下不变，即

S（UPU-1）=S（ρ）（6）

3.如果量子系统ρ存在M个非零的本征值，那么

有S（ρ）≤logM（7）

当且仅当所有非零本征值都相等时等号成立。

4.对于复合系统AB而言，如何系统处于纯态，那么必然有S（A）=S（B）（8）

该性质是von Neumann熵一个比较重要的性质，下面我们对其进行简单的证明。对于复合纯态系统AB而言，其状态波函数可以进行Schmitt分解，即其波函数可以写为|ψAB〉=|φ〉|φ〉，那么可以有

S（ρA）=S[TrB（|ψAB〉〈ψAB|）]=-PilogPi

S（ρB）=S[TrA（|ψAB〉〈ψAB|）]=-PilogPi（9）

因此可以得证。

5.假设量子体系的密度矩阵可以写为

ρ=i pi ρi，并且pi处于相互正交子空间，那么有

S（pi ρi）=H（pi）+piS（ρi）（10）

证明：假设λ和|e〉是密度算子ρi的本征值和相应的本征矢量。注意到piλ和|e〉是pi ρi的本征值和本征矢，因此

S（pi ρi）=-piλlog（piλ）

=-pilogpi-piλlogλ

=H（pi）+piS（ρi）

得证。

上面的性质（5）是von Neumann熵一个十分重要的性质，需要帮助学生理解清楚，并要求学生能够进行证明。同时，由该性质，我们可以推导出下面的结论，即假设ρi是系统A的密度算子集合，|i〉是系统B的正交态，那么有S（pi ρi？茚|i〉〈i|）=H（pi）+piS（ρi）。这个推理可以用于正交复合系统熵的计算。

6.三角不等式。设ρAB是不同的量子系统A和B中的一个状态，那么两个系统中的联合熵满足不等式

S（A，B）≤S（A）+S（B）S（A，B）≥|S（A）-S（B）|（12）

第一个方程当A和B系统不存在关联时等号成立，第二个方程的等号成立没有简单的关系式。三角不等式是von Neumann熵中另一个重要的性质，在判断不同系统熵大小时具有广泛的应用。

三、小结

上面我们从定义和基本性质两个方面对von Neumann熵进行了介绍，这些概念和性质是学习von Neumann熵时必须掌握的基本性质，对于后面量子信息基本理论的学习具有十分重要的基础作用。因此在授课时对于比较复杂的证明过程一定要让学生自己动手推导，这样才能够更好地掌握这些基本性质，这对于后面的学习十分重要。

Basic Concept of von Neumann Entropy

SUN Shi-hai

（College of Science，National University of Defense Technology， Changsha，Hunan 410073，China）

量子计算含义范文第2篇

【关键词】 量子色动力学 AdS空间 AdS/QCD 软墙模型

量子色动力学（QCD）是量子场论乃至整个理论物理学的基本理论之一，与量子电动力学（QED）及电弱标准模型不同，它描述的是强相互作用，其对称群是SU（3）。QCD是一种局域规范理论，其对称性没有破缺，传递强相互作用的8种胶子没有质量。胶子和光子不同，它带有色荷，所以胶子之间也有相互作用。

量子色动力学的这些特征，导致了两个基本问题，一是夸克禁闭，二是渐近自由。夸克禁闭导致我们无法分离出单个的夸克和胶子，在能量远大于强相互作用能标时，渐近自由使得跑动耦合常数变得很小，可以用微扰QCD的方法来研究强相互作用过程。在低能区，色禁闭效应使得跑动耦合常数变得很大，此时无法继续使用微扰方法。

为了解决这个问题，人们提出了几种不同的方法，比如格点QCD（LQCD）、QCD求和规则等。格点QCD理论是一种基本的场论非微扰方法，它是在格点化的有限时空区域中，通过数学变换，将路径积分转化为高维普通积分。QCD求和规则也是一种有效的方法，它出现于1979年，由Shifman、Vainshtein和Zakharov（SVZ）三人首先引入。QCD求和规则主要用于强子物理唯象研究。利用QCD求和规则，可以得到一些更为精确的结果，所以它常被用于介子、胶球等问题的研究。这些理论取得了一定的进展，但仍然存在诸多不足，在研究某些粒子的时候，这些理论与实验值之间有很大的差值。

‘t Hooft[1]、Maldacena[2]、Polyakov、Witten[3]等人发展了一种全息理论，将QCD中的强耦合和弦论中的弱耦合联系在一起。实际上常用的是一种“从下到上”的方法（bottom-to-up approach），其出发点是QCD的5维Lagrange量，由此建立5维的全息模型，找到强耦合系统的弱耦合对偶描述。这种方法被称为AdS/QCD理论。或称为反de Sitter/量子色动力学对偶理论。这种理论与AdS空间的性质有关。AdS空间，或称为反de Sitter空间，是一种负曲率空间。在爱因斯坦场方程中，与之相对应的宇宙学常数也是负的，而天文观测表明，在我们的宇宙中，宇宙学常数具有正值，所以反de Sitter空间并不是我们这个宇宙的真实空间。但是在弦论中，反de Sitter空间具有很多具体应用。

通过与实验的对比发现，AdS/QCD理论是处理QCD强耦合问题的一种比较有效的方法。AdS/QCD理论可以分为硬墙和软墙两种模型。在硬墙模型[4]（hard-wall model）中，把第5维进行人为径向截断，使共形对称性被打破，并且得到禁闭势。硬墙模型的优点在于，第5维能够与QCD能量尺度相关联，对一些物理过程能给出比较精确的描述。软墙模型（soft-wall model）则是对第5维进行软截断，这不同于硬墙模型人为的硬截断。软墙模型的截断是通过引入伸缩子（dilaton）项来实现的，dilaton项按照指数方式减小，使理论能够比较精确地描述Regge关系。Regge关系，指的是激发态量子数和粒子质量的平方之间的线性关系[5]。各硬墙模型一样，软墙模型也有它的缺点，比如对基态的描述，就没有硬墙模型那样精确。

各种相关模型都取得了一定的成功，但也存在相应的不足之处。尤其是对5维空间中的第5维进行软截断的软墙模型，还需要很多改进。对于软墙模型的改进，一般思路是改进伸缩子、标量场真空期望值、整体空间（bulk space）作用量等，这些改进使得粒子谱的计算值越来越接近实验值[6]。

对AdS/QCD软墙模型的改进，我们提出另一个思路，就是研究其作用量和由它导出的Einstein-dilaton方程。具体步骤是，从一般作用量出发，可以导出3个方程，称为Einstein-dilaton方程，然后利用AdS空间是一种极大对称性空间的性质，进一步探索方程的解。这样得到的方程中还存在着不定参数。但利用物理过程中的更多对称性，以及与实验数据的拟合，完全可以将其最后确定。

关于物理过程中的对称性，我们考虑的AdS空间是一种极大对称性空间。极大对称空间的具体含义是，对于d维空间，有d（d+1）/2种对称性，同时，AdS空间具有常数负曲率。

经计算发现，用这种方法我们可以得到两组解，这两组解的解析形式虽然复杂，但通过数据模拟，它们能与实验值很好地拟合在一起。

应该说明的是，由于方程的未知数并非全部独立，所以这样得到的不是方程的唯一解，但很可能是最优解。这种探索为数据拟合提供了理论依据，也为理解方程提供了新的思路。

参考文献：

[1]G. 't Hooft. A Planar Diagram Theory for Strong Interactions. Nucl. Phys. B72， 461 （1974）.

[2]J. M. Maldacena. The Large N Limit of Superconformal Field Theories and Supergravity. Adv. Theor. Math. Phys. 2： 231 （1998）.

[3] E. Witten. Anti De Sitter Space And Holography . Adv. Theor. Math. Phys. 2， 253 （1998）.

[4]J. Erlich， E. Katz. D. T. Son and M. A. Stephanov， QCD and a Holographic Model of Hadrons . Phys. Rev. Lett. 95：261602 （2005）.

量子计算含义范文第3篇

在店铺打造主推款的过程中，我们总会遇到各种各样的难题，比如怎么引流丶怎么促销丶怎么维护顾客，怎么提高宝贝的综合评分……其实，最重要的还是选款部分，但却很少有人能够采用比较科学的方法去操作它。需要指出的是，这里所说的选款不是去批发市场选款式，而是从出售中的宝贝进行选款，以确保我们能把大部分精力投入在运营主推款上，这严格来说，属于二次选款的操作。

传统的选款方式out了

Bug:主观性强，失误率大

传统的选款方式主要有两种，但是这两种选款方式都不是很科学。

第一种方式是按喜好选择。这是一种被大部分淘宝卖家所运用的选款方式。面对众多款式，老板一拍脑袋，灵光一现，亲自指定若干个款为这个季度主推的潜力爆款，大有指点江山的气势。但是这种赌博式的选款方法，缺少必要的数据参考，主观性强，失误率特别大。在后期的运营中，如果这些款卖的较好，那只能说明你运气较好；如果滞销变成库存，那你是否在下个季度还是拍脑门子选款呢？

第二种是按单一维度选款。这种选款方式也有很多淘宝掌柜使用。这种选款方式有一定的数据作为参考，但因为只看某一个维度的数据，如转化率丶如流量等，会有很大的片面性和偶然性，同样会选款不准。

科学筛选正当道

武器：多数据维度

筛选潜力主推款宝贝就是从各方面进行数据综合分析，确定出最有希望打造成真正爆款的宝贝。那这些数据都有哪些呢？拿到这些数据后该怎么分析呢？

一般看某款宝贝是否有潜力，可以从点击率丶转化率丶收藏量和成交量四个维度的数据进行综合考量。这些数据可以从店铺目前进行的直通车推广中得到。

当掌柜确定了这四个数据维度，就可以从店铺的直通车后台按这些数据维度，下载我们需要的数据报表。在时间上，掌柜最好选择下载七日的报表，因为作为一款新品来说，7天的数据相比3天和30天更有时效性和准确性。原始报表下载以后，掌柜只需删除无用的信息，只保留宝贝名称丶点击率丶成交量丶收藏量和转化率，但是为了方便大家更好理解和有一个全局直观的认识，我保留了状态丶所属推广计划丶展现量丶点击量这些维度的数据。

报表下载以后，掌柜无须借助多么复杂的软件工具进行分析，只需使用我们常用的EXCEL即可达到选款的目的。我们首先在报表中找到四个数据维度分别对应的最大值，我们会发现，转化率高的宝贝，对应的点击率丶成交量和收藏量却相对较低；而点击率高的宝贝，对应的成交量丶收藏量和转化率也并非很理想。所以从这里我们可以看出，按单一维度数据选款是不合理的。

我们都知道，如果要将一个班级的学生成绩进行排名，只需将学生的各科成绩录入EXCEL并相加就可以按降序得出。

基于此理，我们也可以计算出店铺宝贝毛衣A的综合得分。但是否将毛衣A的点击率丶成交量丶收藏量和转化率相加即可得出呢？如果你将这四个维度的数值进行相加，只会得到一个错误的结果，因为每个维度的数值单位不同，是不能相加的。所以我们必须找到一个科学的计算方法，这就是下面将要讲到的“多变量综合评价法”。

我们可以利用统计学当中经常使用的“多变量综合评价法”来对毛衣A的多个维度数据进行标准化。公式如下。

第N个标准化值=第N个值-该列最小值/该列最大值-该列最小值

对应的EXCEL公式：=(H2-MIN(H:H))/(MAX(H:H)-MIN(H:H))

如下图的EXCEL表格，在毛衣A的点击率列另起一列作为结果存放列，命名为“点击率分值”，填入公式，即可轻易得出该项数据维度的分值。

知道了毛衣A点击率分值如何计算，对于成交量丶收藏量和转化率的分值，我们便可如法炮制，分别用公式求出它们对应的分值，最后另起一列命名为“总分值”，用于存放毛衣A最后的总分值。总分值的计算也很简单，即：点击率分值+成交量分值+收藏量分值+转化率分值，运用求和函数即可得出，这里就不赘述。我们求出毛衣A的总分值后，可将公式下拉填充，即可快速求出其它宝贝的各项数据维度的分值及它们最后的总分值。

当表格中所有宝贝的总分值都求出来后，我们可以对总分值这一列进行降序排序，即可将总分值按最大到最小进行重新排列，从而找到总分值最高的宝贝，分别是毛衣N丶毛衣P和毛衣Q。这将是我们之后将要重点培养的三款宝贝。

数据哪里来？

数据分析，先有数据才有分析。我们数据化筛选潜力主推款的数据来源渠道之一就是直通车。

我们可以在店铺直通车后台的直通车报表中获取我们需要的数据。这里需要注意的是，我们选取数据维度要遵循“综合+降序”的原则，综合是指数据不是独立存在的，每项数据维度之间必然都有一定的联系，需要综合分析才能得出正确的结果；降序是指我们要选“往上走”的数据维度，比如，点击率丶收藏量丶转化率和成交笔数是越大越好，而跳失率则是越小越好，我们不能把一个“往上走”的数据维度和一个“往下走”的数据维度总分值放在一起相加。最后建议下载7天的报表，数据误差较小。

第二个数据指标来源渠道就是我们掌柜每天都在用的量子恒道。

量子计算含义范文第4篇

在建立科学理论体系的过程中，往往需要以一系列巨量的、通常是至为复杂的实验、归纳和演绎工作为基础。而且人们一般相信科学知识就是在这个基础上产生和累积起来的。但只要这种认识活动过程是为一个协调一致的目标所固有，只要它真正属于科学研究自我累进的进程，则不论其如何复杂，仍只是过程性的，而不从根本上规定科学的性质、程序，乃至结论。这就使我们在考察复杂的科学认识活动时，可以抽取出高于具体手段的，基本上只属于人类心智与外在世界相联络的东西，即科学语言，来作为认识的中介物。

要说明科学语言何以能成为这样的中介，需要先对科学的认识结构加以分析。

作为一种形式化理论的近现代科学，其目的是力图摹写客观实在。这种摹写的认识论前提是一个外在的、自为的客体和作为其思维对立面的内在的主体间的双重存在。这一认识论前提在科学认识方面衍生出一个更实用的前提，就是把客体看作是一种自在的“像”或者“结构”（包括动态结构，比如动力学所概括的各种关系和过程）。

这一自在的实在具有由它的“自明性”所保证的严格规范性。这种自明性只在涉及存在与意识的根本关系时才可能引起怀疑。而科学是以承认这种自明性为前提的。因此科学实际就是关于具有自明性的实在的思维重构。它必须限于处理自在的实在，因为科学的严格规范性（主要表现为逻辑性）是由实在的自明性所保证的，任何超越实在的描述都会破坏这种描述的前提。这一点对稍后关于量子力学的讨论非常重要。

上述分析表明，科学的严格规范性并非如有唯理论倾向的观点所认为的那样，是来自思维，也并非如经验论观点所认为的来自具体手段对经验表象的操作，也并不象当代某些科学哲学家所认为的纯粹出于主体间的共同约定。科学的最高规范是存在在客观实在中的，是来自客体的自明性。一切具体手段只是以这种规范为目标而去企及它。

在科学认识活动中，不论是一个思维过程还是一个实验过程，如果其中缺失了语言过程，那就什么意义都不会有。科学语言与人类思维形态固然有很大的关系，但是它们可能在一个很高的层次上有着共同的根源。就认识的高度而言，思维形态作为人类的一种意识现象，对它进行本质的追究，至少目前还不能完全放在客观实在的背景上。因此，在科学认识的层次上，思维形态完全可以被视为相对独立的东西。而科学语言则是明确地被置于实在自身这一背景之中的。这就使我们实际上可以把科学语言看作一种知识，它与系统的科学知识具有完全相同的确切性，即它首先是与实在自身相谐合，然后才以这种特殊性成为思维与对象之间的中介。这才能保证，既使科学语言所述说的科学是关于实在的确切图景，又使思维活动具备与实在相联络的手段。

科学语言作为一种知识所具备的上述特殊性，使它成为客观实在图景构成的基本要素，或科学知识的“基元”。思维形态不能独立地形成知识，但思维形态却提供某种方式，使科学语言所包含的知识基元获得某种特定的加成和组合，从而构成一种系统化的理论。这就是语言在认识中的中介作用。由于任何事物都必须“观念地”存乎人的意识中，才能为人的心智所把握，所以，在这个意义上，一个认识过程就是一个运用语言的过程。

二、数学语言

数学语言常常几乎就是科学语言的同义词。但实际上，科学语言所指的范围远比数学语言的范围大，否则就不会出现量子力学公式的解释问题。在自然科学发生以前，数学所起的作用也还不是后世的那种对科学的叙录。只是由于精密推理的要求所导致的语言理想化，才推进了数学的应用。但归根究底，数学与前面说的那种合乎客观实在的知识基元是不同的。将数学用作科学的语言，必须满足一个条件，即数学结构应当与实在的结构相关，但这一点并不是显然成立的。

爱因斯坦曾分析过数学的公理学本质。他说，对一条几何学公理而言，古老的解释是，它是自明的，是某一先验知识的表述，而近代的解释是，公理是思想的自由创造，它无须与经验知识或直觉有关，而只对逻辑上的公理有效性负责。爱因斯坦因此指出，现代公理学意义上的数学，不能对实在客体作出任何断言。如果把欧几里德几何作现代公理学意义上的理解，那么，要使几何学对客体的行为作出断言，就必须加上这样一个命题：固体之间的可能的排列关系，就象三维欧几里德几何里的形体的关系一样。〔1〕只有这样，欧几里德几何学才成为对刚体行为的一种描述。

爱因斯坦的这种看法与上文对科学语言的分析是基本上相通的。它可以说明，数学为什么会一贯作为科学的抽象和叙录工具，或者它为什么看上去似乎具有作为科学语言的“先天”合理性。

首先，作为科学的推理和记载工具的数学，实际上是从思维对实在的一些很基本的把握之上增长起来的。欧几里得几何学中的“点”、“直线”这样一些概念本身就是我们以某种方式看世界的知识。之所以能用这些概念和它们之间的关系去描绘实在，是因为这些“基元”已经包含了关于实在的信息（如刚体的实际行为）。

其次，数学体系的那种严密性其实主要是与人类思维的属性有关，尽管思维的严密性并不是一开始就注入了数学之中。如前所述，思维的严密性是由实在的自明性来决定的，是习得的。这就是说，数学之所以与实在的结构相关，只是因为数学的基础确切地说来自这种结构；而数学体系的自洽性是思维的翻版，因而是与实在的自明性同源的。

由此可见，数学与自然科学的不同仅表现在对于它们的结果的可靠性（或真实性）的验证上。也就是说，科学和数学同样作为思维与实在相互介定的产物，都有可能成为对实在结构的某种描述或“伪述”，并且都具有由实在的自明性所规定的严密性。但数学基本上只为逻辑自治负责，而科学却仅仅为描述的真实性负责。

事实正是如此。数学自身并不代表真实的世界。它要成为物理学的叙录，就必须为物理学关于实在结构的真实信息所重组。而用于重组实在图景的每一个单元，实际上是与物理学的基本知识相一致的。如果在几何光学中，欧几里德几何学不被“光线”及其传播行为有关的概念重组，它就只是一个纯粹的形式体系，而对光线的行为“不能作出断言”。非欧几何在现代物理学中的应用也同样说明了这一点。

三、物理学语言

虽然物理学是严格数学化的典范，但物理学语言的历史却比数学应用于物理学的历史要久远得多。

在认识的逻辑起点上，仅当认识论关系上一个外在的、恒常的（相对于主体的运动变化而言）对象被提炼和廓清时，才能保证一种仅仅与对象自身的内在规定性有关的语言描述系统成为可能。对此，人类凭着最初的直觉而有了“外部世界”、“空间”、“时间”、“质料”、“运动”等观念。显然，这些观念并非来自逻辑的推导或数学计算，它是人类世代传承的关于世界的知识的基元。

然后，需要对客观实在进行某种方式的剥离，才能使之通过语言进入我们的观念。一个客观实在，比如说，一个电子，当我们说“它”的时候，既指出了它作为离散的一个点（即它本身），又指出了它身处时空中的那个属性。而后一点很重要，因为我们正是在广延中才把握了它的存在，即从“它”与“其它”的关系中“找”出它来。

当我们按照古希腊人（比如亚里士多德）的方式问“它为什么是它”时，我们正在试图剥离“它”之所以为“它”的属性。但这个属性因其离散的本质，在时空中必为一个“奇点”，因而不能得到更多的东西。这说明，我们的语言与时空的广延性合若符节，而对离散性，即时空中的奇点，则无法说什么。如果我们按照伽利略的方式问“它是怎样的”时，我们正是在描绘它与广延有关的性质，即它与其它的关系。这在时空中呈现为一种结构和过程。对此我们有足够的手段（和语言）进行摹写。因为我们的语言，大多来自对时空中事物的经验。我们运用语言的主要方式，即逻辑思维，也就是时空经验的抽象和提升。

可见，近现代物理学语言是一种关于客观实在的时空形式及过程的语言，是一种广延性语言。几何学之所以在科学史上扮演着至为重要的角色，首先不在于它的严格的形式化，而在于它是关于实在的时空形式及过程的一个有效而简洁的概括，在于与物理学在面对实在时有着共同的切入点。

上述讨论表明了近现代物理学语言格式包含着它的基本用法和一个根深蒂固的传统，这是由客观实在和复杂的历史因素所规定的。至为关键的是，它必须而且只是关于实在的时空形式及过程的描述。可以想象，离开了这种用法和传统，“另外的描述”是不可能在这种语言中获得意义的。而这正是量子力学碰到的问题。

四、量子力学的语言问题

上文说明，在描摹实在时，人类本是缺乏固有的丰富语言的。西方自古希腊以来，由于主、客体间的某种相互介定而实现了有关实在的时空形式和过程的观念及相应的逻辑思维方式。任何一种特定的语言，随着时代的变迁和认识的深入，某些概念的含义会发生变化，并且还会产生新的语言基元。有时，这样的变化和增长是革命性的。但不可忽视的是，任何有革命性的新观念首先必须在与传统语言的关系中获得意义，才能成为“革命性的”。在自然科学中，一种新理论不论提出多么“新”的描述，它都必须仍然是关于时空形式及过程的，才能在整体的科学语言中获得意义。例如，相对论放弃了绝对时空、进而放弃了粒子的观念，但代之而起的那种连续区概念仍然是时空实在性的描述并与三维空间中的经验有着直接联系。

量子力学的情况则不同。微观粒子从一个态跃迁到另一个态的中间过程没有时空形式；客体的时空形式（波或粒子）取决于实验安排；在不观测的情况下，其时空形式是空缺的；并且，观测所得的客体的时空形式并不表示客体在观测之前的状态。这意味着，要么微观实在并不总是具有独立存在的时空形式，要么是人类无法从认识的角度构成关于实在的时空形式的描述。这两种选择都将超出现有的物理学语言本身，而使经典物理学语言在用于解释公式和实验结果时受到限制。

量子力学的这个语言问题是众所周知的。波尔试图通过互补原理和并协原理把这种限制本身上升为新观念的基础。他多次强调，即使古典物理学的语言是不精确的、有局限性的，我们仍然不得不使用这种语言，因为我们没有别的语言。对科学理论的理解，意味着在客观地有规律地发生的事情上，取得一致看法。而观测和交流的全过程，是要用古典物理学来表达的。〔2〕

量子力学的反对者爱因斯坦同样清楚这里的语言问题。他把玻尔等人尽力把量子力学与实验语言沟通起来所作的种种附加解释称之为“绥靖哲学”（Beruhigunsphilosophie）〔3〕或“文学”〔4〕，这实际上指明了互补原理等观念是在与时空经验相关的科学语言之外的。爱因斯坦拒绝承认量子力学是关于实在的完备描述，所以并不以为这些附加解释会在将来成为科学语言的新的有机内容。

薛定谔和玻姆等人从另一个角度作出的考虑，反映了他们以为玻尔、海森堡、泡利和玻恩等人的观点回避了经典语言与实在之间的深刻矛盾，而囿于语言限制并为之作种种辩解。薛定谔说：“我只希望了解在原子内部发生了什么事情。我确实不介意您（指玻尔）选用什么语言去描述它。”〔5〕薛定谔认为，为了赋予波函数一种实在的解释，一种全新的语言是可以考虑的。他建议将N个粒子组成的体系的波函数解释为3N维空间中的波群，而所谓“粒子”则是干涉波的共振现象，从而彻底抛弃“粒子”的概念，使量子力学方程描述的对象具有连续的、确定的时空状态。

固然，几率波的解释使得理论的数学结构不能对应于实在的时空结构，如果让几率成为实验观察中首要的东西，就会让客观实在在描述中成了一种“隐喻”。然而薛定谔的解释由于与三维空间中的经验没有明显的联系，也成了另一种隐喻，仍然无法作为一种科学语言而获得充分的意义。

玻姆的隐序观念与薛定谔的解释在语言问题上是相似的。他所说的“机械序”〔6〕其实就是以笛卡尔坐标为代表的关于广延性空间的描述。这种描述由于经典物理学的某些限定而表现出明显的局限性。玻姆认为量子力学并未对这种序作出真正的挑战，在一定程度上指出了量子力学的保守性。他企图建立一种“隐序物理学”，将量子解释为多维实在的投影。他以全息摄影和其它一些思想实验为比喻，试图将客观实在的物质形态、时空属性和运动形式作全新的构造。但由于其基础的薄弱，仍然只是导致了另一种脱离经验的描述，也就是一种形而上学。

这里所说的“基础”指的是，一种全新的语言涉及主客体间完全不同的相互介定。它涉及对客体的完全不同的剥离方式，也就是说，现行科学语言及其相关思维方式的整个基础都将改变。然而，现实地说，这不是某一具有特定对象和方法的学科所能为的。

可见，试图通过一种全新的语言来解决量子力学的语言问题是行不通的。这个问题比通常所能想象的要无可奈何得多。

五、量子力学何种程度上是“革命性”的

量子力学固然在解决微观客体的问题方面，是迄今最成功的理论，然而这种应用上的重要性使人们有时相信，它在观念上的革命也是成功的。其实，上述语言与实在图景的冲突并未解决。量子力学的种种解释无法在科学语言的基础上必然过渡到那种非因果、非决定论观念所暗示的宇宙图景。这就使我们有必要对量子力学“革命性”的程度作审慎的认识。

正统的量子力学学者们都意识到应该通过发展思维的丰富性来解决面临的困难。他们作出的重要努力的一个方面是提出了很多与经典物理学不同的新观念，并希望这些新观念能逐渐溶入人类的思想和语言。其中玻恩用大量的论述建议几率的观念应该取代严格因果律的概念。〔7〕测不准原理以及其中的广义坐标、广义动量都是为粒子而设想的，却又不能描述粒子在时空中的行为，薛定谔认为应该放弃受限制的旧概念，而玻尔却认为不能放弃，可以用互补原理来解决。玻尔还希望，波函数这样的“新的不变量”将逐渐被人的直觉所把握，从而进入一般知识的范围。〔8〕这相当于说，希望产生新的语言基元。

另一方面，海森堡等人提出，问题应该通过放弃“时空的客观过程”这种思想来解决。〔9〕这又引起了量子力学的客观性问题。

这些努力在很大程度上是具有保守性的。

我们试把量子力学与相对论作比较。相对论的革命性主要表现在，通过对时间和空间的相对性的分析，建立起时间、空间和运动的协变关系，从而了绝对时空、绝对同时性等旧观念，并代之以新的时空观。重要的是，在这里，绝对时空和绝对同时性是从理论上作为逻辑必然而排除掉的。四维时空不变量对三维空间和一维时间的性质依赖于观察者的情形作了简洁的概括，既不引起客观性危机，又与人类的时空经验有着直接关联。相对论排除了物理学内部由于历史和偶然因素形成的一些含混概念，并给出了更加准确明晰的时空图景。它因此而在科学语言的范围内进入了一般知识。

量子力学的情况则不同。它的保守性主要表现在：

第一，严格因果律并不是从理论的内部结构中逻辑地排除的。只是为了保护几率波解释，才不得不放弃严格因果律，这只是一种人为地避免逻辑矛盾的处理。

第二，不完全连续性、非完全决定论等观念并没有构成与人类的时空经验相关联的自洽的实在图景。互补原理和并协原理并没有从理论内部挽救出独立存在于时空的客体的概念，又没有证明这种概念是不必要的（如相对论之于“以太”那样）。因此，量子力学的有关哲学解释看似抛弃旧观念，建立新观念，实际上，却由于这些从理论结构上说是附加的解释超出了关于实在的描述，因而破坏了以实在的自明性为保证的描述的前提。所以它实际上对观念的丰富和发展所作的贡献是有限的。

第三，量子力学内在地不能过渡到关于个别客体的时空形式及过程的模型，使得它的反对者指责说这意味着位置和动量这样的两个性质不能同时是实在的。而为了保护客观性，它的支持者说，粒子图像和波动图象并不表示客体的变化，而是表示关于对象的统计知识的变化。〔10〕这在关于实在的时空形式及过程的科学语言中，多少有不可知论的味道。

第四，人们必须习惯地设想一种新的“实在”观念以便把充满矛盾的经验现象统一起来。在对客体的时空形式作抽象时，这种方法是有效的。而由于波函数对应的不是个别客体的行为，所以大多新的“实在”几乎都是形而上学的构想。薛定谔和玻姆的多维实在、玻姆在阐释哥本哈根学派观点时提出的那种包含了无限潜在可能性的“第三客体”〔11〕，都属于这种构想。玻恩也曾表示，量子力学描述的是同一实在的排斥而又互补的多个影像。〔12〕这有点象是在物理学语言中谈论“混元”或“太极”一样，很难说对观念有积极的建设。

本文从科学语言的角度，对量子力学尤其是它的哲学基础的保守性作出一些分析，这并不是在相对论和量子力学之间作价值上的优劣判断。也许量子力学的真正价值恰恰在于它所碰到的困难是根本性的。

海森堡等人与新康德主义哲学家G·赫尔曼进行讨论时，赫尔曼提出，在科学赖以发生的文化中，“客体”一词之所以有意义，正在于它被实质、因果律等范畴所规定，放弃这些范畴和它们的决定作用，就是在总体上不承认经验的可能性。〔13〕我们应该注意到，赫尔曼所使用的“经验”一词，实际上是人类对客观事物的广延性和分立性的经验。这种经验是科学的实在图景成立的基础或真实性的保证，逻辑是它的抽象和提升。

在本文的前三节已经谈到，自从古希腊人力图把日常语言理想化而创立了逻辑语言以来，西方的科学语言就一直是在实在的广延性和分立性的介定下发展起来的。我们也许可以就此推测，对于人的认识而言，世界是广延优势的，但如果因此认为实在仅限于广延性方面，却是缺乏理由的。广延性优势在语言上的表现之一是几何优势。西方传统中的代数学思想是代数几何化，即借助空间想象来理解数的。不论毕达哥拉斯定理还是笛卡尔坐标都一样。直角三角形的斜边是直观的，而根号2不是。我们可以用前者表明后者，而不能反过来。可是一个离散的数量本身究竟是什么呢？它是否与实在的另一方面或另一部分（非广延的）相应？也许在微观领域里不再是广延优势而量子力学的困难与此有关？

如果量子力学面临的是实在的无限可能性向语言的有限性的挑战，那么问题的解决就不单单是语言问题，甚至不单单是目前形态的物理学的问题。它将涉及整个认识活动的基础。玻尔似乎是深刻地意识到这一点的。他说“要做比这些更多的事情完全是在我们目前的手段之外。”〔14〕他还有一句格言；“同一个正确的陈述相对立的必是一个错误的陈述；但是同一个深奥的真理相对立的则可能是另一个深奥的真理。”〔15〕

参考文献和注释

〔1〕〔3〕〔4〕《爱因斯坦文集》第一卷，商务印书馆，1994，第137、241、304页。

〔2〕〔5〕〔9〕〔13〕〔14〕〔15〕海森堡：《原子物理学的发展和社会》，中国社会科学出版社，1985，第141、84、82、131、47、112页。

〔6〕玻姆：《卷入——展出的宇宙和意识》，载于罗嘉昌、郑家栋主编：《场与有——中外哲学的比较与融通（一）》，东方出版社，1994年。

〔7〕玻恩：《关于因果和机遇的自然哲学》，商务印书馆，1964年。

量子计算含义范文第5篇

【关键词】油气资源评价系统 油气历史成因 当采技术

近200 年来，油气工业发展实现了多次重大理论技术创新或跨越。从找油气圈闭到找油气储集体、油气矿床，海相、陆相、海陆相油气藏兼顾探查，二次、三次采油及水平井分段压裂技术等的发展……，诸如此类使被发现油气藏的深度、分布区域和可采储量在不断突破“禁”区，推动着找油气的领域连续翻新，拓宽了人们对石油地质理论研究的思维空间，促进了石油工业当采技术的不断创新，也使得人们对油气到底来自何方，间歇性地在石油地质界反复提问、发酵。基于此，笔者漫谈油气成因与当采技术，供有兴趣的学者参考，以期人们以另一只眼欣赏眼花缭乱的油气成因学说，开拓油气勘探工作新的领域。

1 油气资源评价系统与油气历史成因说

目前，国内外可见的石油地质学方面的资料对油气生成的理论认识基本一致，大多数专家学者认为，沉积有机质在还原环境下埋藏到一定深度后，在温度、时间、细菌、催化剂等条件的作用下，经过生物化学、热催化、热裂解、高温变质等阶段，陆续转化为石油天然气。由此而形成了各种油气资源评价方法和系统、理论和技术路径。通常开展油气资源分布规律研究包含以下内容：地层沉积构造演化、流体特征及其所处温度场及地压场变化、生―储―盖―运―聚―保―散的模拟及模型建立等，将这些内容通过参数选择、方法研究、结论及风险分析等相互勾连则构成了油气资源评价系统结构。

可以看出，现代油气生成理论的取向是试图以现有技术或技术突破，从结构上还原油气藏形成过程，解剖油气藏，开发油气。每当自然科学取得某项技术上的突破，总能在增储上产中找到其发挥作用的节点和理论猜想的深入点。这些现象或称“事实”的发现，符合以还原论为基础的实证科学。

油气历史成因说者惮于物质结构认识的无止境，转向“有所不为，以用为主”。在极限思考之余，人力所及的尽头，停下脚步，以整体论为基础，从功能上把握各种油气成因的可能性，“敦促”从事油气商业开采的政治家、企业家、科学家们用油气历史成因说来指导勘探，摒弃油气资源枯竭论，以期换取人们摒弃利用新技术不惜破坏人类生存环境、疯狂开采化石资源并以此为荣的思维方法。

油气历史成因说者把元素、星系、地球、生物及油气起源演化史联系起来讨论，认为宇宙间自从有了碳、氢元素后，油气就开始形成并演化到现在，亦即油气的形成可以追溯到天文时期，延续到地质时期乃至人文时期；认为油气先驱物在生命形成之前就已存在，它伴随从元素到无机物到星系的演化，也伴随从无机物到简单有机物的演化，同样也伴随从简单有机物至生命的演化；油气历史成因说旨在强调油气先驱物随着星系、地球和生物形成及演化而循环，旨在把早期说、晚期说、有机说、无机说等各种生油说划分成该学说中油气生成的各个途径，旨在告诫人们不要怀疑大自然的鬼斧神工，碳氢元素生成后，大自然总有办法将其形成烃类物质。

2 当采技术的结构属性与功能属性

一个多世纪以来，石油地质领域由以下技术构成，成盆成烃成藏地质认识与实验模拟技术指路―地球物理勘探理论和相应技术先行―钻探、测井及岩层改造方法和技术验证。为了讨论方便，笔者把这类目前采用的指路技术、先行技术和验证技术统称当采技术，“当采”二字的意思可以用下面的例子来作进一步解释。众所周知，人类开采矿藏，是按效能（效率、效益、效果、环境或社会对技术反人类固有特性的承受能力）分层次开采的，由表及里，由浅至深。在每一个不同的时期，总有众人共同使用的开采技术，成本相应低，效益相应高，笔者把这一技术称之为当采技术。当向“深”一层次开油气历史成因说与油气资源评价系统结构遇到难题，并且人们沿新的思路重新研究而不奏效时，有可能将难题搁置许久，不再发明新技术。当长期不能向深一层次掘进时，人们有可能回到早已采过的层次，进行回采，回采用的老技术称之为回采技术。表面上看，技术的产生和深化对自然界和物质的研究是中性的，但实际效果是其有意无意的拒绝考虑人和自然的关系问题、道德问题。现实世界告诉人们，技术在其日益发展中带给我们物质上的舒服和丰富，却污染了自然，加剧了竞争、掠夺和战争，并有可能使之远离道德和精神文明。人工核爆炸、克隆技术、食品添加剂、三次采油和水平井分段压裂技术的无限制使用，人类生存的环境以及地质结构无可恢复的损伤，时常在提醒有良知的政府和科学家们。

从认识物质结构角度看，由于结构的无限可分性，技术应当有无限空间可去延伸；从技术的功能性含义来看，任何一些技术都具备可替代性，对延伸技术的研究可能会让科技工作者进入死胡同，替代技术的研究更能符合科技工作者人性的自然发展。但是，当人力和财力可无限取得时，人们对技术延伸的渴求总是受到尊崇。这是因为，政治家往往以充分发挥科技工作者人的主观能动性为己任、企业家不愿沉没对现有技术的开发成本、科技工作者沉浸于技术延伸研究中一个堡垒一个堡垒攻克的喜悦，于是，技术延伸研究者往往被冠以“正宗”，技术替代研究者则常常被斥为“异端”。

3 几点认识

（1）随着量子计算及机器人的商业化，地球结构认识的不断突破使寻找油气藏从或然性逐步走向必然，钻井技术也将取得重大进展而钻穿上地壳寻找油气的成本在大大降低；

（2）随着量子调控干预分子原子的运动规律成为可能，油气成因的认识将从猜测走向公理，为勘探服务；

（3）基因组测序速度的加快，使微生物工程找油技术有可能成为未来最低廉的直接找油技术；

（4）量子计算所具有的并行处理数据极快能力，也将地球物理技术直接找油的成本大大降低；

（5）随着双束（电子束、离子束）显微镜从材料、生物行业转向并在石油界使用的普及，纳米级三维重构将把烃源岩、储集岩、盖层的解剖带入了另外一个世界，油气尤如人类的探囊之物；

（6）宇宙大尺度物理规律的突破，商业化开采地处星系油气资源模式的深入研究可以让宇宙飞船轻易获得银河系里的油气能源；

（7）海洋技术及物质深层次结构认识的突破，海底天然气水合物（可燃冰）的工业化开采已为时不远。

参考文献