量子信息qubit与光速的平方.ppt

量子信息 qubit与光速的平方c2 信息学基础研究（理论探讨 ） 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 1、如何处理量纲问题？ 物理学 公式0：质能公式（E = m c c） 公式1：代数变换（E/m = c c） 数学 公式2：转换条件（c c = n n） 信息学 公式3：数据公式（n n = D） 公式4：知识公式（D = K + U） 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 1、1 焦点问题 转换条件（c c = n n）涉及的究竟是“等量代换”还是“等价转换”？ 图1是叠合的常量（c c）与变量（n n）被分列（相当于做了分体手术1）的示意图。 图1 由图1可知：常量（c c）与变量（n n）的一个特例（当c = n 的情形）之间是重叠的（ 这是两者的联系之一，联系之二在于双方虽然量纲不同但却是一对“孪生子”2）。 1 这里的所谓“分体手术”实际上仅仅是针对常量（c c）与变量（n n）的极大值而言 。 2 讨论极大值可不考虑n c的情形。 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 1、2 光速的平方意味着什么？ “光速的平方（c c）”这一推导结果（作为一 个特殊的常量）长期没有一个合理的解释 。 严格说，就是这个常量没在科学上定性。 通俗说，是不知道：该常量存在究竟意味 着什么？ 说它是物理概念却没有相应的客体， 说它是数学概念（33加10的10次方）虽然 更为贴切但又难以解释其含义（物理学和 信息学的量纲如何统一的问题）。 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 1、3 余下的问题就是要说明： 如何把（量子）物理学和（通信与计算乃 至一般的）信息学联系到一起？ 这就相当于给这对“孪生子”做“基因测序”。 实际上就是从数学的角度考察这对“孪生子” 在“基因图谱”中占有序位的相同部分。 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 2 物理量与信息量和数学概念 “光速的平方（c c）”作为数学概念（33加10的10次方） 既可与其叠合的物理量光速（c）联系，又可与其叠合的 信息量比特（bit:0或1）联系（见：图1）。 因此，物理量与信息量虽然在它们各自的领域均可用各自 相应的术语和量纲，但是，在共同的领域它们却必须符合 数学的原理或法则。 物理学是研究物理现象、物理概念和物理原理的， 数学是研究关系的， 经典信息学乃至量子信息学是研究信息现象、信息概念和 信息原理的， 由于其中的原理与关系或数学结构等术语在本质上属同一 层面，因此，这三门学问必然在这个相同层面发生迭交。 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 2、1 对“迭交”的解析 这就进入了继“质能载体（物）、思想概念（意） 和语言符号（文）”三个基本范畴之后作为第四基 本范畴的“序位关系（义）”这个层面。 值得注意的是以往的哲学和科学虽都未从根本上 凸现这个第四基本范畴但却无一不把它放在重要 的核心地位，例如：物理的理，又如：文法得法 。 唯一薄弱的是“意义的义”在融智学导论（字本位 与中文信息处理的基础）明确分析它之前，过去 几乎一直被“意义”或“意”所淹没或掩盖。 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 2、2 “义”和“信息基本定律” 信息基本定律（科学假设）： “同义并列，对应转换。” 基于该假设，可断定： a、任何两个集合，只要“同义”即可“并列”。 b、任何两个集合，只要“对应”即可“转换”。 重点：“义”，一旦得解，“信息是什么？”的问题就 会有一般科学的唯一答案。 难点：“义”，虽有“含义、本义、真义、”等诸多 解释，但分歧却难以消解。 盲点：“义”，究竟可有多少意思？此处它究竟是 什么意思？似乎仍然没有直接答案。 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 2、3 简单的等式 熟悉中文信息处理的读者虽然能理解“意义=意+义”这样的“ 字符串”公式，但若要揭示 “义”的内涵和外延就会发现： 以往的科学知识中，不仅欠缺这项，而且，还常常在“意” 、“意义”和“义”这三个概念之间“张冠李戴”。 其实这三个概念中“义”（“关系”或“序位关系”这个词条）最 重要且最根本。基于这种认识，笔者认为： 在一般信息学的理论体系中，数学信息学就是研究这个最 重要且最根本的范畴的学问，而文法信息学、意义信息学 、物理信息学则分别在“文、意、物”方面逐级为于其下层 ，因为，在“道、法、义、理”方面它们几乎是平级的。 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 2、4 深刻的道理 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 3 从整合的角度来思考 如果仅仅从物理学和信息学分离的角度来 思考，那么所谓“量纲可否统一的问题”就的 确是一道屏障。可是，如果从数学乃至物 理学和信息学整合的角度来思考，那么， 量纲的问题就会是另外一番境界。下面， 读者可和笔者一道从量子信息学和协同智 能学的角度来看这番境界。 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 3、1 量子信息学的境界 从量子信息学的角度来看，量子信息（量 ）的计量单位是量子比特（qubit）。它等 于仙农信息（量）或经典信息（量）的一 个“比特1对2”（a pair of classical bits） 。 1 仙农信息（量）的计量单位是比特（bit）。 2 “比特对”记录的就是两个“比特”之间的“关系”。 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 图4是通信过程中经典信息（量）与量子信息（量）的区别和联系示意图。 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 3、2 协同智能学的境界 从协同智能学的角度来看，已有的物理学 量纲（7个基本单位）和信息学量纲（3个 基本单位）共有10个基本计量单位。 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 表1. 笔者标注的物理学量纲 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 表2. 笔者建立的信息学量纲 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 序位方法论及其集合分类体系 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 4、结论 在物的四个量（七个单位）和信息的四范畴（及其三个量） 中，物体与物理 分属两个层面（“E/m = c c = n n = D = K + U = I ”是在信息层实现统一的 ） 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 仙农信息（量）与量子信息（量）的区别和联系 1 Figure 1: The well-established theory of classical information and computation is actually a subset of a much larger topic, the emerging theory of quantum information and computation. 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 量子信息与协同智能 量子（载体）及其所承载的量子信息（本体）也类似于一 对“孪生子”，这给了我们进一步的启示：载体物与其信息 本体之间这种对应，绝不是一种偶然的巧合，最一般、最 基础的信息蕴藏在这对还未做分体手术的“孪生子”的身上 。 看过经典信息或仙农信息（量）与量子信息（量）的区别 和联系之后，在来看一看人脑智力以及电脑智能与（由这 两方面整合的）协同智能的区别和联系。 无独有偶，与量子信息及其计量单位（a qubit or a pair of classical bits）成双成对的特性类似，（由人脑智力与电 脑智能两方面整合的）协同智能也具有成双成对的特性。 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 协同智能 (Co-Intelligence) 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 宏观、中观、微观的划分 对基本范畴的宏观把握: n = 2 (对2 n=n2= n n而言) ； 对体现概念的符号类型和关系属性的中观计算: 2n8(对2 n而言)； 对量子信息（本体）及其载体（量子）的微观猜想： n = c（对2 n而言）。 注：“E/m = c c = n n = D = K + U = I ”仅在微观情形成立，而n n = D = K + U = I在中观乃至宏观的情形也都成立。 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 物理量与物理信息量 判定某个“属性”通常就是在众多的“二元关系”中选定某个特定的“二元关系”， 如果它是某个领域的界定依据，那么，它就是该领域所说的本质（属性）。 关系的远近实际上揭示的是“二元关系”链的长短。换句话说，“二元关系”链的 长短，关系的远近，是决定一系列判断之间的亲疏内外的推理与计算的依据 。也正因为如此，理论融智学通论把“关系”（义）作为第四个基本范畴独立 地提出来，从而，在1、载体（物）、2、概念（意）、3、符号（文）的基础 之上明确地提出了4、关系（义）这个基本范畴。从这个角度，笔者断言： 当c = n时，物理量（c c）与信息量（n n）所跨越或覆盖的序位关系的数量 是一致的。也就是说，只有在“关系（义）” 这个基本范畴或“本真信息”的角度 来看，自然物（量子）与其承载的自然信息之间的瞬间等价公式（E/m = I） 成立的特定条件（c c = n n）才可解释得通。 仅就物理量（c c）与信息量（n n）的情形而论，前者（c c）所体现的是（ 该量子的）物理量，而后者（n n）所体现的则是（该量子所承载的）量子信 息量，两者虽然在数量上等值，但却在量纲上具有复杂性，即：除了前者的 物理量之外，还有后者的三层信息量物理信息量（n n）“迭交”的概念（ 一个）、量子信息成对的特性体现的“物理信息 ”的术语或符号（一格，用不 同的语言符号所占的“比特”数量不全相同）、量子信息量与本真信息量（一对 这是一个常量，它仅是整个信息量（变量）的一个特例的另一个“孪生子” ，其“分体手术”也就这样的以实现了）。 邹晓辉（北京大学国内访问学者） 质能公式变换后的新解释 信息的理论探讨 摘 要：本文旨在通过代数变换和信息解释，解答一个长期未解决的 问题，即：爱因斯坦提出的质能公式中“光速的平方（c c）”意味着什 么？读者从笔者的解答中将发现对此问题的定性探讨可在物理学和信 息学之间架起一座数学的桥梁。这将有利于读者理解质能载体（物） 与信息本体的三要件（意、文、义），从而进一步认识继“质能载体 （物）、思想概念（意）和语言符号（文）”三个基本范畴之后