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计算中的“神谕”(4)

来源:网络收集 时间:2012-08-19 下载这篇文档 手机版
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   总之,计算或算法的观念在当今已经渗透到宇宙学、物理学、生物学乃至经济学和社会科学等诸多领域。计算已不仅成为人们认识自然、生命、思维和社会的一种普适的观念和方法 ,而且成为一种新的世界观。一些学者认为:不仅生命和思维的本质是计算,自然事件的本质也是计算。
  
   十一、量子计算中的神谕
   人类的计算工具,从木棍、石头到算盘,经过机械计算器,电器计算机,到现代的电子计算机,再到DNA计算机和量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考:首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算,随后,人们发明了算盘,来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”,机器可以用来搬动“算珠”,而且效率更高,速度更快的时候,人们自然想到利用机器来搬动算珠,诞生了机械计算设备。
   随后,人们用继电器替代了纯机械。最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时,数学家们开始对计算的本质展开了研究,图灵机模型告诉了人们答案。
  电子计算机后,人们改变了思路,即:到自然界中去发现那些符合图灵模型的现象,例如DNA分子链的自我复制现象。DNA分子提供了AGCT四种碱基,相当于电子计算机中的2进制的0和1。DNA自我复制的机制,非常接近电子计算机的的模型——图灵机模型。
  可以说,DNA计算机是基于图灵机的先进计算方式。但是它始终不能突破图灵机的极限。即:在牛顿经典物理学下“确定世界”的计算模型。
  量子计算的出现,则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。
  应为在此之前,所有计算均是模拟一个快速的“算盘”,即使是最先进电子计算机CPU内部,64位的寄存器(register),也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。在DNA计算中,这种情况稍微复杂一点,可视为ATCG四种碱基所构成的拥有上百万根轴,每根轴上有四个珠的“超级算盘”,尽管它的体积小到可以放在一根试管中。
  量子计算则完全不同,对于量子计算的核心部件,类似与古代希腊世界中的“神谕”,没有人弄清楚神谕内部的机理,却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子,人们通过输入,可以得到输出,但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。
  
  十二、“神谕”的本质与哥德尔不完备性
   量子计算在信息的承载体上与经典计算毫无区别:它同样利用二进制比特——称为量子比特——来进行运算。但是,量子力学的一个十分“反直觉”的奇特现象铸就了量子比特与传统比特的天壤之别。一个量子比特不仅仅可以表示信息“0”和“1”,还出人意料地可以表示一种“0”和“1”的叠加状态。
我们可以清晰地看到量子计算的神奇以及它不同于经典计算之处。那么,为什么量子计算会显示出如此奇怪的性质呢? 这些性质又有什么本质的物理原因呢[12]? 遗憾的是,迄今为止,科学家们还在为这些神奇的量子现象的本质而进行探索,答案不得而知。
  人们对量子计算本质的无知来自于人们对量子世界内部的本质的认识还不统一。但这并不妨碍人们把量子计算最为超级计算机的想法。虽然它带有强烈的工具主义倾向。
  量子计算的科学研究依然在继续,然而,对量子计算和量子力学本身的哲学研究却已经显示出人类的无奈和无助。也许,世界本身就是一个整体,我们仅仅从细处着眼永远无法看到导致整体变化的内因。
  哥德尔不完备性定理告诉我们,任何一个足够强的一致的公理系统的完备性是不可证明的,而它的完备性的不可证明是可以证明的。
  一些悲观的科学家和哲学家认为:我们科学研究所依赖的各种公理系统是无法证明完备的,即现实世界的有些现象是无法被已有定律和规律来揭示,人们努力地试图用这些已经发现的公理和规律去解释量子计算、量子力学,去解释自然和宇宙是不可行的。科学家们一直在努力解释量子世界的本质,但也应该清醒,这些努力有可能最终是失败的。而这些失败恰恰证明了哥德尔不完备性定理的正确性。所以他们认为人类是无法认识某些规律的,一些迷题永远是个迷。

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