科学哲学视域下的量子计算研究

发布时间：2017-04-30 02:06

  本文关键词：科学哲学视域下的量子计算研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：量子计算是量子力学与计算机科学深度结合的产物,它在阐明计算的本质以及分析量子力学的基本问题两个方面都具有深刻的理论意义。尽管量子力学和计算科学早已备受科学哲学家们的关注,但是在国内专门针对量子计算进行的哲学研究还非常少。本论文的目的就是对量子计算所涉及到的逻辑基础问题、可计算性问题、计算复杂性问题以及量子力学的解释问题进行全面的哲学分析,由此来揭示量子计算的本质。论文包括引言、四章系统性的论述和结束语。第一章,量子计算概观：历史发展与形式表征。本章介绍了量子计算提出的历史背景及其物理基础；对量子计算理论进行了语形和语义分析,说明了量子计算加速性的具体表现就是量子并行运算；简单讨论了量子计算的出现对逻辑理论、可计算性理论、计算复杂性理论以及量子力学解释造成的影响。第二章,量子计算的逻辑意蕴。本章主要讨论量子计算的逻辑基础。首先介绍了经典逻辑理论,并在此基础上分析了传统量子逻辑的语形结构和语义内涵,接着详细考察了量子逻辑门所表征的逻辑规则,说明了量子计算的逻辑基础是一种新的量子计算逻辑,而非传统的量子逻辑；通过对两种非经典逻辑进行比较,指出它们虽然都是基于量子力学的逻辑,但事实上它们的逻辑规则和语义内容都是不同的。第三章,量子计算中的可计算性与计算复杂性问题。本章首先分析了丘奇-图灵论题的内容和形式随着计算语境的变换而不断发生变化的过程,指出在语境转换中,丘奇-图灵论题从最初作为描述抽象计算概念的数学论题,转变成了揭示真实自然系统演化本质的经验论题。接着本章讨论了量子计算能否实现超计算也即能否实现超越图灵机可计算性的问题,在这里论文指出无论是量子线路计算还是量子绝热计算都不能作为超计算的理论模型,并且认为这个否定的回答说明了丘奇-图灵论题包括其物理版本,至少目前仍然能够对人类认识的边界做出明确限定。本章最后分析了量子计算能否突破经典计算复杂性的问题,指出量子绍尔算法所解决的大数因子分解问题的确是经典计算中的一个NP类问题,但是该问题并不是NP完全类问题,只有证明确实存在量子算法能解决NP完全类问题,我们才可以说它突破了经典计算复杂性,然而迄今为止这样的量子算法还尚未出现。第四章,量子计算与量子力学解释。本章主要讨论了三个与量子计算紧密相关且较为新颖的量子力学解释,分别是量子力学的新埃弗雷特解释、多计算解释和信息论解释。本章首先从分析量子力学的新埃弗雷特解释出发,重新考察了量子计算与经典计算的关系,将量子计算看作是更加基础的计算模式,把经典计算看作是它的特例,在这种意义下我们拓展了计算概念的外延。接着论文将计算主义认识论应用于量子力学,通过利用多计算解释理论,对测量问题作出解释,避免了自在物理世界的线性演化与有意识的观测者引起的波包塌缩之间的矛盾,消解了量子力学中的“二元论”问题。最后通过对菲林格尔等人关于量子力学能够由信息理论重建这一新颖观点进行分析,论文指出量子力学有可能由此而被理解为一个原理性理论。结束语部分对前几章的讨论进行了总结,指出量子计算在主张新型计算模式的方法论地位、理解“自然机制+算法”①的计算观念、给出更好的量子力学解释、促进计算主义纲领的深化等方面都具有非常重要的哲学意义。
【关键词】：量子计算 量子逻辑 可计算性 计算复杂性 语境
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O413.1
【目录】：

• 中文摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 引言15-29
• 一、量子计算哲学的研究现状16-23
• 二、本论文的研究方法与写作思路23-25
• 三、本论文的主要内容25-27
• 四、本论文的难点和创新之处27-29
• 第一章 量子计算概观：理论基础与形式表征29-55
• 1.1 量子计算的研究基础及发展历史29-43
• 1.1.1 可逆计算的研究与“量子可逆计算”概念的提出30-33
• 1.1.2 量子计算的物理学基础——量子力学33-38
• 1.1.3 量子系统的模拟与量子计算理论的发展38-40
• 1.1.4 量子算法的提出与量子计算的物理实现40-43
• 1.2 量子计算的形式化表征及其意义43-50
• 1.2.1 量子计算的形式表征43-46
• 1.2.2 量子计算的并行性特征46-48
• 1.2.3 量子计算的现实意义48-50
• 1.3 量子计算对当代科学理论提出了挑战50-55
• 第二章 量子计算的逻辑意蕴55-73
• 2.1 从经典逻辑到量子逻辑55-63
• 2.1.1 经典逻辑与非经典逻辑55-57
• 2.1.2 量子逻辑的语形：量子力学的公理化57-60
• 2.1.3 量子逻辑的语义：量子逻辑的经验内容60-63
• 2.2 量子计算逻辑63-71
• 2.2.1 量子计算逻辑的现实模型：量子逻辑门63-68
• 2.2.2 量子逻辑与量子计算逻辑的区别68-70
• 2.2.3 “量子逻辑”的争议及其意义70-71
• 小结71-73
• 第三章 量子计算中的可计算性与计算复杂性问题73-97
• 3.1 计算语境的转换与丘奇-图灵论题的演变73-81
• 3.1.1 人化计算语境下的丘奇-图灵论题74-76
• 3.1.2 机器计算语境下的甘迪论题76-78
• 3.1.3 自然计算语境下的丘奇-图灵原理78-81
• 3.2 量子计算与超计算性81-87
• 3.2.1 从可计算性到超计算性81-83
• 3.2.2 量子绝热计算与希尔伯特第十问题83-86
• 3.2.3 量子计算不能超越经典可计算性86-87
• 3.3 量子计算与计算复杂性87-95
• 3.3.1 经典计算复杂性87-89
• 3.3.2 量子算法与计算复杂性89-92
• 3.3.3 量子计算复杂性的哲学意义92-95
• 小结95-97
• 第四章 量子计算与量子力学解释97-119
• 4.1 量子力学的新埃弗雷特解释97-105
• 4.1.1 测量问题与多世界解释98-99
• 4.1.2 量子力学的新埃弗雷特解释99-101
• 4.1.3 新埃弗雷特解释下的量子计算101-105
• 4.2 量子力学的多计算解释105-108
• 4.2.1 广义计算主义105-106
• 4.2.2 量子力学的多计算解释106-108
• 4.3 量子力学的信息论解释108-117
• 4.3.1 经典信息与量子信息109-111
• 4.3.2 信息理论语境下的量子力学原理111-114
• 4.3.3 信息理论语境下的量子力学表征114-116
• 4.3.4 建构性理论与原理性理论116-117
• 小结117-119
• 结束语119-125
• 参考文献125-135
• 致谢135-137
• 攻读学位期间取得的研究成果137-139
• 个人简况及联系方式139-141
• 承诺书141-142

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 吴国林;;量子控制的基本概念及其哲学意义[J];科学技术与辩证法;2007年06期

2 郝宁湘;郭贵春;;量子计算动摇了丘奇-图灵论点吗——兼纪念图灵逝世50周年[J];科学;2004年06期

3 郝宁湘;量子计算机的本质特征及其哲学意义[J];自然辩证法研究;2001年09期

4 刘晓力;计算主义质疑[J];哲学研究;2003年04期

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本文编号：336017