PDF《量子计算加速性能证明多世界解释吗 ？》

量子计算加速性能证明多世界解释吗? ? 王凯宁 (山西大学 科学技术哲学研究中心?山西 太原 030006) 摘要:量子计算是当代量子力学研究的一个重要方向?其最具吸引力但同时也最难以说明的特点 是其相对于经典计算的计算加速能力? 量子计算学家多伊奇认为多世界解释是唯一能够对量子计算加 速性进行说明的量子力学解释? 本文通过阐释量子计算加速性的具体表现和分析多世界解释对量子计 算加速性的说明过程?指出了多世界解释是针对量子计算的合理解释?但不是唯一解释? 关键词:量子计算?加速性?量子并行性?多世界解释 【中图分类号】 N031 【文献标识码】 A 【文章编号】

1671 7287(2015)01

0090 05 量子力学诠释问题是科学哲学领域一个长久 的话题?特别是围绕 波包塌缩 的 测量难题 引 发了许多哲学争议?多世界解释是该领域的最新 进展之一?而国外如火如荼的研究在国内却长期 以来无人问津?

2012 年??中国社会科学? 发表了 ?量子力学多世界解释的哲学审视? 一文?高屋建 瓴地把握了多世界解释的哲学内涵及其对传统哲 学思想观念的变革?在国内引起强烈反响? 特别 是整体论重塑、一元论重构和决定论重建?是作者 审视量子力学多世界解释所提炼出来的思想精髓 和哲学理念[1] ? 但是?作者并没有给多世界解释 的研究画上完满的句号?而是留下了更广阔的研 究空间?例如?量子计算与多世界的关系?量子计 算支持了多世界解释吗? 反过来?多世界解释支 持了量子计算吗?

一、量子计算的加速性 与遵循经典物理学规律的传统计算模式不 同?量子计算是遵循量子力学规律的一种新型计 算模式? 物理学家们通过利用量子世界特有的叠 加、纠缠和干涉等性质设计出了一些量子算法?并 以量子理论为依据保证了量子计算能够对大量数 据进行并行处理?从而极大地提高了计算的效率? 即在计算速度上?量子计算模式相比于以传统图 灵机模型为基础的经典计算模式表现出了非常明 显的加速性? 量子计算加速性的具体表现为:我们能够利 用量子计算模式来处理某些经典计算中无法在有 效时间内完成的复杂性问题?如大数因子分解问 题? 因子分解问题即求解质因数是很常见的一个 验证容易求解难的数学问题?即我们不容易求得 某个数的质因数是多少?但是却很容易求证两个 质因数的积是否为原先的那个数? 之所以称大数 因子分解问题是一个难问题?是因为当我们所需 求解质因数的那个数很小(如15) 时?这样的问题 很容易处理(质因数为

5 和3)?但是当所需求解质 因数的那个数很大(如位数为

1064 的一个数) 时? 则这样的问题经典计算机无法在我们可接受的时 间尺度内完成? 这是因为通过经典计算模式求解 大数因子分解问题时?算法的复杂性(即计算所需 的步骤)随着输入数据的增大以指数级的速度增 加?这就使得对于一个大数因子分解问题来说?即09第14 卷第1期2015 年3月南京工业大学学报(社会科学版) ? 【收稿日期】2015-01-13 【作者简介】王凯宁(1984-)?男?山西沁源人?山西大学科学技术哲学研究中心讲师?博士研究生?研究方向: 科学哲学? 【基金项目】教育部人文社会科学重点研究基地项目(201402001)?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)?山西省高等学校哲学社会科学研究一般项目(2013204) 使调用很多的经典处理器同时工作?也难以在合 理的时空尺度下完成计算?因而在经典计算语境 下这个问题就成为了一个不可计算的问题? 正是 由于这个原因?现代密钥系统即 RSA 公钥加密算 法体系的安全性才敢于依赖大数因子分解的复杂 性? 然而?1994 年美国贝尔实验室的绍尔却证明 了大数质因子分解问题可以用量子计算机很迅速 地解决?并提出了解决该问题的量子算法?将其转 化成为一个能够在与数据大小呈多项式函数关系 的计算步骤内求解的问题?从而表明这是一个可 计算的问题? 当然需要指出的是?这里的可计算 性只是理论上的?因为目前实现量子计算的设备 还处于实验室研究阶段?能够处理的数据量也仅 为几十个比特?想要真正实现有实际意义的量子 计算还有待硬件方面的技术突破? 因此?我们这 里讨论的正是在理论上计算复杂性随计算模式的 变化情况?这说明了经典计算复杂性只是操作层 面上的复杂性?而非通用图灵机计算能力之外的 不可计算性?更不是客观世界所决定的复杂性? 那么这种量子计算加速性究竟有多快呢?我们可 以通过对量子计算过程进行分析来说明其加速 能力? 同传统的数字计算机利用二进制的逻辑结构 作为其语形基础相类似?量子计算机也是以这种 方式来表征计算? 在经典计算中?信息的存储单 元是一个满足二进制的位(bit)?它能够处于