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【沈健】量子科技哲学研究何去何从?——读《当代量子论与新科学哲学的兴起》
时间:2026年10月31日 13:56 点击数:[] 来源:

作者简介:沈健(1974—),男,湖南溆浦人,嘉应学院历史文化学院教授、湖南师范大学科技与社会发展研究中心特邀研究员,研究方向为物理学哲学与量子物理哲学。

文章来源:《哲学分析》2026年第5期

摘 要:量子科技的迅猛发展,使得量子科技哲学研究愈发重要。统观国内外量子科技哲学研究的历史脉络,《当代量子论与新科学哲学的兴起》一书是将科技前沿与哲学前沿结合的最令人满意的一种学术探索,对物理学哲学研究具有重要的范式引领价值,其研究主基调坚守量子论的物理主义和元哲学上的自然主义,为量子科技哲学研究树立了一面旗帜。然而,书中关于“纠缠生万物”“本体、认识与方法的融合”“有效实在论”“体知认识论”等重要概念仍需进一步分析与论证。未来的量子科技哲学的研究,需要进一步关注量子技术研究前沿问题,尤其是要为摆脱量子技术研发中的困境提供哲学启迪。

关键词:量子科技;《当代量子论与新科学哲学的兴起》;观点商榷;未来趋向

基金项目:国家社科基金重大项目“量子信息科技哲学及其逻辑基础研究”(22&ZD046)


量子论从诞生起,其引发的哲学争议就没有停止过。从1900年前后普朗克量子论——能量的“非连续性”,到2000年前后当代量子技术——量子纠缠的“非定域性”,在长达100多年的发展历程里,由它或因它所引发的哲学问题和争论一直就没停止过,其所牵涉的新概念、新理论、新技术,波及知识之广、影响人类之深,同时期还没有哪个科学理论(包括相对论)能比拟。正因如此,要全面、系统,并且是论证有力地研究量子论所涉及的诸多重要问题,难度的确不小。然而,读完《当代量子论与新科学哲学的兴起》(后简写为《兴起》)这本著作,发现该书很好地克服了各种研究难题,且以一种脉络清晰且反思深刻的方式,剖析了当代量子论内在的各种繁杂理论和哲学思想,真正做到了通过量子论的哲学反思,“复兴和加深了关于形而上学与科学哲学的许多核心问题的争论”。

一、脉络、现状与问题

要深入理解《兴起》一书的内涵与价值,必须立足于量子科技哲学研究的历史大视野。量子科技发展已有上百年,量子科技哲学争论也有上百年,量子理论、实验、技术发展与其哲学研究始终紧密纠缠。

1925年到1960年,量子力学哲学聚焦量子力学物理意义诠释问题,聚焦量子力学形式体系,尤其是哥本哈根诠释所导致的经典决定论与实在论危机。最为经典的是“爱因斯坦—玻尔论战”和“EPR佯谬”。当时,对量子力学的哲学研究主要集中于欧洲物理学共同体内部,也就是量子力学理论创建者之间的直接争论,但也有个别的科学哲学先驱,例如赖欣巴哈,从实证主义角度对量子力学做了哲学解释,相关思想可见于1942年他出版的《量子力学的哲学基础》一书中。1960年到1990年,量子力学开始在各领域成功应用,其哲学研究也从纯粹的概念分析转向更精密的理论和实验探索,主线是“贝尔不等式”(将EPR思想实验转化为一个可以用实验检验的数学不等式),伴随一系列实验以越来越高的精度证实了贝尔不等式的违反,量子纠缠和量子非定域性成为广为认可的物理实在属性。也就是在这个时期,国外很多著名的科学哲学家开始系统研究量子力学。库恩、波普尔、拉卡托斯、雅默等科学哲学家,开始将量子理论作为案例,深入探讨科学理论的结构、变革与实在论等问题。代表性的学术成果有1974年雅默的《量子力学的哲学》、1978年库恩的《黑体理论与量子不连续性》等。1990年到2010年,量子信息科学与技术开始兴起,对其哲学研究使得量子科技哲学研究从形而上研究转向“形而上+工程应用”研究,焦点是探究如何理解与利用量子特性这种资源,此时的哲学研究紧密跟随甚至预见量子技术实验进展。2010年至今,量子科技哲学聚焦第二次量子技术革命的哲学研究,并拓展到量子引力、量子计算、量子时空、量子芯片等更为广泛的问题。

国内关于量子科技哲学的研究,整体上研究人员数量有限,属于小而精的学术共同体。在改革开放之前,相关讨论主要限于对量子前沿理论的引进与介绍,未形成独立的哲学研究体系。但需要提及的是,我国自然辩证法学科的核心创建者,例如于光远,他对物理学的哲学基础是高度关注的。此外,维也纳学派唯一的中国成员洪谦,其写于1934年的博士论文《现代物理学的因果问题》,基于海森堡测不准关系理论批判新康德主义因果观,其论文由海森堡亲自审阅,玻恩参与答辩。改革开放后到2000年前后,国内学术界开始系统引介和评述西方量子力学哲学研究成果,一批学者开始翻译和撰写相关著作,如对互补原理、测量问题、量子物理学家思想进行介绍和讨论。这个阶段,代表性的研究人员和著作有:许良英(1920年出生)编译了《爱因斯坦文集》,戈革(1922年出生)翻译了《尼耳斯·玻尔集》,范岱年(1926年出生)翻译了海森堡《物理学和哲学》,董光璧(1935年出生)编著了《世界物理学史》和翻译了《马赫:物理学家和哲学家》,关洪(1935年出生)出版了《一代神话:哥本哈根学派》,玻姆的学生洪定国(1936年出生)出版了《玻姆的科学思想与方法》和《物理实在论》,秦克诚(1936年出生)翻译了雅默《量子力学哲学》,桂起权(1940年出生)出版了《规范场论的哲学探究》《哲人科学家玻恩》《海森堡传》等。值得一提的,上世纪90年代,桂起权在武汉发起并组建了“量子哲学共同体”,壮大了国内量子科技哲学研究的队伍。2000年左右至今,国内学者不仅追踪国际前沿,也开始全面在量子力学诠释、量子力学哲学、量子信息科技哲学、量子科技史等方面发力,推进了我国量子科技哲学自主知识体系的构建。这期间,代表性研究人员有:郭贵春、高策、吴国林、成素梅、万小龙、郝刘祥、曹志平等。其中,郭贵春关于量子科技的语境学研究、吴国林关于量子科技的诠释学研究、成素梅关于量子理论本身的哲学框架研究、万小龙关于量子理论的STRF理论研究颇具创见。2015年12月,在中国自然辩证法研究会的支持下,物理学哲学专业委员会在广州正式成立。2016年到2025年,国家社科基金先后立项了32项有关量子科技哲学的研究项目,其中重大项目有3项,分别为2016年高策的“当代量子论与新科学哲学的兴起”、2019年吴国林的“当代量子诠释学研究”、2022年万小龙的“量子信息科技哲学及其逻辑基础研究”,这反映了国家层面对量子科技哲学研究极其重视。上述工作,体系化推进了我国量子科技哲学的研究进展,大幅提升了我国量子科技哲学在国际上的影响力,不断夯实了量子科技哲学的学科基础。

目前,关于量子科技哲学的主要研究方向有:量子力学基础解释与哲学重构,量子信息科技的哲学研究,量子理论与传统哲学问题的交叉研究,量子科技思想史与诠释学研究,量子科技的社会学、伦理学研究等。围绕这些方向,近些年,虽然产出不少成果,但也存在不少的问题:一是只关注量子科技前沿本身的概念基础的哲学反思,而少从科学哲学的历史发展脉络去探析科学哲学的新发展方向,简言之,只有空洞的物理学概念,而缺乏对概念的哲学论证;二是只探究科学哲学的纲领性哲学问题,而对那些量子科技所带来的新概念以及由这些新概念所带来的新哲学观,在理解、洞察和论证上乏力,即对量子物理概念理解肤浅,甚至出现理解错误。简言之,止步于量子物理学而进不了哲学;或止步于哲学而进不了量子物理前沿,这是很多搞量子科技哲学研究学者们的通病。

正是基于对量子科技哲学研究脉络、现状及问题的审视,通读《兴起》一书,才能更为深刻地体会到它的价值。该书作为高策主持的国家社科基金重大项目“当代量子论与新科学哲学的兴起”的最终研究成果,2024年成功入选《国家哲学社会科学成果文库》,部分章节内容公开发表在《中国社会科学》等高水平期刊,并入选“哲学社会科学主文献”。在本书撰写期间,以高策为首的研究团队多次与物理学家杨振宁亲密交流,并得到了杨振宁的亲自指点。杨振宁除了是一位伟大的物理学家(提出粒子物理研究里的“弱相互作用中的宇称不守恒定律”),同时还是伟大的数学家(例如,创建Yang-Mills Gauge Theory和Yang-Baxter方程这些数学工具),并且对思辨哲学、科技史、艺术学都有很深的造诣,他的跨学科智慧使得他的创新思想推动了物理学多个分支的发展,《兴起》一书很好地继承了杨振宁的这一科学思想。

《兴起》第一篇“当代量子论的困境及其挑战”,对量子论所涉及的理论问题、理论演化、理论前景进行了极其严谨、全面、深刻的梳理;第二篇“当代量子论中的哲学蕴涵”,研究了量子论所导致的传统哲学概念和观念的革新,包括传统时空观、物质观、宇宙观、自然观上的革新,其中重整化、相位因子这些重要的量子力学概念,其哲学价值首次在该书中得到研究;第三篇“新科学哲学”,基于量子理论,聚焦科学哲学理论体系的新发展。就《兴起》的学术贡献而言,可以概括为三点:第一,这本书是近20年来,国内量子理论哲学研究的一本标志性著作,参考价值高,涵盖了量子理论哲学差不多热议的所有问题;第二,这本书是将科技前沿与哲学前沿结合的最令人满意的一种学术探索,对物理学哲学研究具有重要的范式引领价值;第三,这本书主基调坚守量子论的物理主义和元哲学上的自然主义,为量子物理学哲学研究树立了一面旗帜。具体而言,该书澄清了量子理论的诸多理论问题与争议,阐释了量子理论中的哲学前沿,提出了关于量子理论诠释、量子理论哲学、科学哲学前沿的新理论和新见解,揭示了科学哲学发展的新趋势,完善了科学技术哲学的学科知识体系。特别值得一提的是,该书提出了一系列新概念并深化了一些重要概念的研究,例如,科学理论评价的新标准“数学统一”,科学实在论的“选择实在论、有效实在论”,科学说明的“科学理解之数学理解”,科学认识论中的“体知认识论”等。就《兴起》的研究特色而言,亦可概括为三点:第一,研究的跨学科性。该书既有对物理学知识理解的深刻,也有对数学运算知识把握的严谨,还有对量子史学知识考证的系统,更有对哲学思辨知识论证的有力。第二,研究的系统性。该书除了对量子论进行了全面研究,还对广义相对论,统一量子力学和广义相对论的理论——圈量子引力、弦论,以及认知科学进行了系统研究;除了对物理学前沿知识进行了研究,还对这些知识所涉及的广泛哲学范畴(如时空哲学)进行了研究,还对科学哲学的核心理论及其新发展进行了研究。第三,研究的深刻性。该书系统剖析了当代量子论的科学与哲学困境,深度挖掘了量子论的形而上学蕴含,合理重构了科学的认识论与方法论,架构起了从具体科学实践到一般哲学理论自下而上的量子论哲学研究体系。

二、《兴起》概念辨析与观点商榷

虽然《兴起》一书取得了很多研究进展,但在笔者看来,也还存在一些需要商榷和完善的问题。其中,“纠缠生万物”“本体、认识与方法的融合”“有效实在论”“体知认识论”需要进一步分析和深化。

1、何谓“纠缠生万物”?在书本第五章第四节“跨越鸿沟:基于量子信息的统一理论”一节中,作者对“纠缠生万物”进行了概述,其中主要是对文小刚的观点进行了介绍。虽然作者指出这种观点是描述信息与物质关系的新思想,然而,并没有对文小刚观点的合理性进行深入的评析,故而让人感觉有点隔靴搔痒不过瘾。文中介绍,文小刚认为长程量子纠缠是基本粒子的起源,也是连接物质与信息、统一基本粒子的关键,并进而提出一种弦网理论。我们暂且不提这种想法只是一种猜测性的、非严格物理理论化的观点,仅从量子纠缠的本质、量子纠缠的内在逻辑去分析他的这种观点,便可看出他的这种“纠缠生万物”是经不起程炼“苏二条”标准的严格追问的。在原汁原味的量子理论当中,量子纠缠的物理机制自身就首先设定了处于纠缠关系的a、b粒子的存在,也就是量子纠缠原本就是粒子之间异于经典物理属性的某种特殊物理属性。自1935年EPR佯谬提出以来,量子理论里的纠缠一直是指几个粒子在彼此相互作用后,各个粒子拥有一种整体的性质,无法单独描述各个粒子的性质。而到21世纪,量子技术专家在技术实践上实现量子纠缠,也只是实现诸如量子纠缠光子(光量子芯片)、量子纠缠离子(离子阱量子芯片)此类的纠缠粒子,这是一种剥离不开、且依赖于基本粒子的量子纠缠,也就是在量子纠缠原本概念里,就预设了粒子本体的必然存在。即便是看似“纠缠物理载体不是粒子”的超导量子芯片,其量子比特的构建也是需要依靠超导电流的相位状态,而电流又怎么剥离得了电子的本体存在呢?况且,在笔者看来,量子纠缠与作为信息概念的量子比特,本身也根本不是同一个概念,绝不能混为一谈。按照上面所言,说纠缠生万物,那不等于说粒子生粒子?量子纠缠实质上是指量子纠缠态,既然是态,那它必然是依附于粒子才有的态,而不是无任何载体的态。它是某种粒子实体的特性,而不是独立于粒子实体的独立实体,这种特性使得它成为一种具有开发超常规通信技术价值的物理资源。所以,文小刚这种看似新奇的提法,难以经得起深入推敲和论证,其对量子纠缠的理解已经偏离了物理学上量子纠缠的原本内涵。关于量子纠缠,郭光灿院士及其团队有过清晰的解释,“因为纠缠态的每一个分量均由两个粒子的单态和构成,所以处于纠缠态的两个粒子有一个奇妙特性,一旦我们对其中一个粒子进行测量,确定了它的状态,那么,就立即知道另一个粒子所处的状态,不管它们相距多远。”从他们的解释可看出,就量子纠缠本身的物理起源而言,其存在就离不开粒子,何来量子纠缠“性质”产生粒子“实体”一说?

2、何谓“本体、认识与方法的融合”?在书本第十二章的第二节和第三节,作者提出了一个新颖的想法,那就是本体、认识与方法融合的观点。作者具体的原话是这样的:“二是本体、认识与方法的融合,即人之于自然的认识已然不能够与自然本身和认识的方法完全区分”。我们再仔细看一下作者对这一观点所展开的论证,“物理学中的对称性既扮演了发现自然律先决条件的角色,刻画了物理世界的结构……还对物理学理论的构建和统一具有启发功能,也就是说它同时涉及了物理学的本体、认识和方法三个层次”。作者这里要说的其实是这样的意思:第一,本体、认识、方法在量子物理的理论构建中,三者相互作用、相互依赖。但是,三者具有紧密联系,并不等于三者的融合,这是两个不同的概念。物理世界的本体结构具有对称性,主体通过对称性认知思维去获得有关物理世界的新知识,以及采用对称性方法去探究物理世界,虽然三者都强调对称性,但并不能说这一对称性使得“本体、认识、方法”合三为一。对称性物理世界、对称性认识路线、对称性方法手段并没有否决掉物理世界、认识路线、方法手段分属不同的论域,而只是说三者都具有对称性的这种特征而已。所以,直接用“融合”一词来概括三者的关系,并不是特别妥当。作者说“不确定关系本身所揭示的位置与动量不能同时精确取值既是本体意义上的,也是认识意义上的”,具体分析应该是:本体层面,微观粒子的运动状态具有不确定关系;认识层面,人类主体无法精确获取微观粒子的状态知识;方法层面,不同的方法决定我们获得何种理论或观察到何种物理世界。本体、认识、方法三者都存在不确定性,但都存在不确定性并不能直接推导出三者就是融合的、或三者是同一个东西。就好比一个即将分娩的母亲,她即将分娩的小孩是男是女是不确定的;人们对她即将分娩的小孩是男是女在认识上也是无法搞清楚的;对医生而言,对她即将到来的分娩,采用剖腹方法还是自然分娩方法也是不确定的。这三件事,皆存在不确定性,都涉及她即将分娩的事,三件事彼此之间有可能也的确有影响。可是,这并不等于说,这三件事就是同一件事情,这三件事就能融合在一起了。鉴于此,“量子化、对称性和相位因子正处于本体、认识与方法的交融之处”,在概念表述上仍需推敲与斟酌。纵然如此,笔者并不否认,量子物理所带来的不确定性本体、不确定性认识、不确定性方法,对获得新的哲学认识的确是有启发性。

3、何谓“有效实在论”?在书本第十六章第三节,作者提到了一个新的科学实在论概念——“有效实在论”,并且认为有效实在论本质上是选择实在论的量子场论新应用,“科学实在论的这一新发展即选择实在论,在量子场论中的应用则称为有效实在论”。根据作者所论述的,选择实在论概括来说是指:根据某种依据或理由,挑选出理论当中的某种要素作为实在性要素的这样一种实在论。而有效实在论则是“一种选择性的实在论,它并不认为理论在各个方面都提供了关于世界的真的和完备的描述,而强调是那些能够在理论变革中幸存下来的稳定的、坚固的要素才是实在的,对应于外在世界中某种真实的存在”。为进一步理解有效实在论,可以看看郝刘祥教授的观点,他说“在量子力学的有效适用范围内,量子态忠实地表征了系统的物理态”,这就是有效实在论。由此可见,有效实在论是指:在某一科学理论的有效适用范围内,该理论所描述的某些能持续经受住检验的理论实体或理论对象可被视为真实存在的一种实在论。由此看来,有效实在论与实体实在论、关系实在论、结构实在论不同,它是以某种理论的某个概念在持续概念检验过程中,是否通过检验而被存续下来,来确定它是否是实在的一种科学实在论。也就是说,有效实在论并不是分析实在的内在结构具体是什么,而是“跳出假定实在知识之外,以对该假定实在知识进行持续检验过程中是否获得持续肯定的结果,来确定何为实在”的一种实在论。简言之,有效实在论认为“有效”即实在。但有效就实在就一定恰当吗?作者以有效知识基于某一理论,而理论却终究会被历史淘汰来质疑有效实在论的合理性,即有效的时效性问题,“有效实在论的成立依赖于理论空间的一致性,而未来的理论有各种各样的可能,理论空间的一致性并不能得到保证”。笔者在这里要质疑的是,所谓的有效实在论,是不是仅是贴一个别样标签的理论概念实体实在论?其本质是不是仍然是以是否被持续成功检验、从而被保留下来的概念作为实体的概念实体实在论?在其理论底层,是不是仍然还是概念实体实在论?只是何物才算真正概念实体,则是以是否为持续有效、是否被持续检验为真来判定而已。自然主义的基本立场是“自然科学所承诺的,就是世界中存在的;自然科学没有承诺的事物,就没有实在性”。基于此,有效实在论或许是自然主义者所主张的“让科学指导和约束形而上学研究”的其中一个新版本,与科学“纽拉特之舟”观点一致,本质上仍然是某种自然主义或实用主义的科学实在论。

4、何谓“体知认识论”?在书本第十八章,作者对体知认识论进行了概念与案例分析,认为“体知认识论是一种体知合一的认识论,强调在获得知识过程中的身心合一,强调分析思维与直觉思维的统一,这种直觉包括身体的直觉”。体知合一如何解释呢?作者认为“体知合一是一个具体的过程,是单个科学家亲身的经历,而非抽象的、普遍的、能用归纳或演绎等具体推理过程描述的一般过程”,体知认识过程“难以用分析手段探讨”。亲身体验、亲身经历,身心不可分,知识的获取不仅在实验科学之内,还在实验科学之外。或许用“体验意会”一词,可能更加贴切吻合作者关于体知合一的理解。作者在普朗克“量子化”、爱因斯坦“对称性”、杨振宁“三大纲领”的案例分析当中,指出诸多属于体知认识论的特征词汇:数学直觉、学术经历、特有智慧、个人品质、简单与美等等。在这里,我想提出的几个问题是:第一,体知认识论与科学实践哲学究竟是怎样的关系?二者都强调科学实践。第二,体知的个体差异性如何达及知识的群体共识性?体知认识论属不属于或可不可能走向一种非理性主义的认识论?第三,在人工智能时代,一个能生成知识的智能体,其是否也具备类似体知认识的能力?第四,体知认识是否存在认知缺陷和认知限度?其与自然主义认识论的关系是怎样的?上面的这些问题,笔者认为,为了更好地夯实体知认识论,亟需获得一个清晰且满意的答案。

为论证体知认识论,作者提到了“普朗克辐射公式”这一物理案例,并指出普朗克当时构建辐射公式时的无理性。对于此观点,笔者不敢苟同,并认为需要进一步详尽核实。普朗克提出辐射公式并不是无理性,也不是非理性,在我看来他是有理性的。只是他提出的公式带来了非连续性是他本人没有提前意识到的,也就是他提出公式时没有意识到其公式后来导致量子概念的诞生。但是,就他提出辐射公式是为了解决黑体辐射维恩定律非完整性问题这一意图而言,他绝对是在有理性地去构建辐射公式,而不是无心之举。没意识到后来带来他不情愿接受的量子非连续性,不等于他当初构建辐射公式时无理性。“普朗克引进的能量子是他在热力学研究工作中提出来的,这些工作是他在19世纪90年代的那场争论中起主导作用的过程中完成的,他寻求的是完成对熵作出纯热力学解释的目标”;“普朗克在1900年引进的能量量子化,是他在对辐射过程的不可逆性的研究中得到的结果”。从哈曼的分析考证中,我们看到了普朗克当时固有的“目标”理性。

此外,书中认为无理性与非理性是两个不同的概念,但二者究竟有何区别,在笔者看来,需要详细分辨。通常认为无理性(Non-rational)是超越理性、非理性概念之上的概念范畴,也就是它既非“理性”、亦非“非理性”;而非理性(Irrational)则是指有理性的反义词,是知晓理性是什么但却反其道而有意或无意为之。假如按照这种理解,那么非理性本质上属于理性中的非理性,否则非理性与无理性必然就会存在着概念上的交集。

三、《兴起》开放问题与待释前沿

总体上,《兴起》一书更多关注量子理论的哲学研究。然而,笔者认为,未来的量子科技哲学更多需要关注量子技术前沿问题。

当代量子技术的前沿创新发展速度很快,量子加密算法、量子芯片、量子通信、量子精密测量蓬勃发展,各国在量子前沿技术上的竞争非常激烈,哲学研究亟需跟上技术研究和产业发展的步伐,甚至要为技术研究超前提供逻辑与方法论指引。事实上,当前的量子技术研究涉及的未知东西很多,“很难精确预见当前的技术路线会遇到何种瓶颈……原则上可行的方案最终无法工程实用化,反而被其他原创性的突破所替代”,故而基础性研究需要得到进一步夯实,而其中的基础性研究很多涉及新概念、新理论的哲学分析。哲学分析能否有助于启发量子技术研究中某些技术难题的突破?的确,不管从我们目前所面临的技术创新的紧迫形势看,还是从当代哲学学人应尽的时代责任而言,除了要研究量子论与科学哲学,我们当下更需要加强研究量子论与技术哲学、加强研究量子技术的哲学问题。按照林定夷先生的观点,量子哲学研究要做量子技术研究的“牛虻”(时不时要咬量子技术一口),而不只是做寄生在量子技术宿主上的寄生虫。

基于当前量子技术的最新进展,笔者认为,有一个重要的开放问题需要深入探讨,即如何理解量子技术的微观属性和宏观属性的关系?这一问题既是一个哲学问题,也关乎量子技术专家能否成功制造出拥有微观量子效应的宏观量子元器件,关乎能否完美解决“采用什么形式的量子系统?如何精确操控量子态?如何精确读取量子态?如何实现完美可控的耦合?如何扩展?如何纠错?如何传递量子态?如何存储量子态?”等具体量子技术问题。本质上,在技术上,我们没有能力、也没必要去构造完全微观的量子技术世界,而是要去构造拥有微观量子效应的宏观量子装置,宏观量子技术设备才是我们的技术所需。约瑟夫森结本质上是一种“超导体—绝缘层—超导体”的宏观结构,但它却能将微观粒子的量子特性(微观量子属性)通过超导库珀对的集体行为,放大并呈现在宏观量子电路当中。光量子计算当中,为获得纠缠光子,我们可利用宏观BBO晶体来将微观层面的一个光子劈裂为两个处于纠缠态的光子,从而获得微观上的量子比特。由此可见,量子技术里的微观与宏观并不是对立的概念,微观属性带来量子技术原理和超越经典技术的潜力,而受控的宏观量子系统促使量子技术成为现实。量子技术研发的关键点是如何在宏观世界实现微观量子效应,不管是超导量子计算还是离子阱量子计算,技术瓶颈都卡在这里。在量子技术研发中,单纯采用还原主义路线是由局限性的,比如离子阱量子计算,你很难通过多个离子阱系统的简单相加来获得大规模通用量子计算,那样的话,微观量子效应往往会因为串扰、退相干而导致保真度急剧下降,而是需要采用离子输送方案(quantum charge-coupled device)或离子—光子量子网络方案等更为技巧性的方案。纯粹从哲学上看,可以通过如下路径来实现宏观与微观的受控共生:将同一个微观量子比特同时多视角使用,就好比同一个人,身兼多种社会角色一样,同一个东西亦可以从不同视角同时多次使用,这样可以用少量量子比特来实现大规模量子比特计算的效果,从而实现宏观量子电路和结构的简单化。可以采用“逻辑简并逆过程”一词来描述这一路径,所谓“逻辑简并”就是“底层多样、高层同一”,而“逻辑简并逆过程”就是“高层同一、底层多样”,遗传学的简并指多个遗传密码子对应同一氨基酸,而简并逆过程就是同一氨基酸对应多个遗传密码子。在量子计算中,为了编码一个逻辑量子比特,我们通常需要多个物理量子比特,当编码足够多逻辑量子比特时,实际上所需要的物理量子比特数量会非常庞大,这会让宏观量子装置非常巨大,以“逻辑简并逆过程”,完全可以降低物理量子比特的需要量,从而让量子宏观装置微型化的同时,亦可实现大规模的微观量子比特计算。

除了量子技术的微观属性与宏观属性需要分析,还有量子技术的最前沿——量子芯片技术,其内存的哲学问题亟需探究。在这一方面,笔者做过初步研究尝试,其中主要观点已经发表在《新兴科学和技术趋势》杂志上。其中,主要观点有:第一,从逻辑与方法论层面,澄清量子芯片目前的技术构造原理,既能深化我们对传统量子哲学问题的认识,比如量子非定域性,也能加速推进量子芯片的技术研发进程,为破解技术难题提供跨学科的思想力量;第二,在量子芯片技术研发中,技术的确定性与非确定性、设计简单性与功能满足性、技术原理与技术发明、技术目的与技术手段、功能模拟与物理实现是技术研发所面临的关键概念,但也是技术哲学亟需分析的重要概念。从哲学上澄清它们的关系,有利于启发新量子技术设计路线的创建。例如,对于量子芯片技术的确定性与非确定性问题,逻辑上分析,有四条路径:一是拓展确定性,减少非确定性,通过新技术手段将非确定性不断转化为确定性,最优是让非确定性接近为零,例如通过技术优化,延长量子退相干时间、提升单光子的品质;二是在非确定性存在的情况下,通过冗余技术设计,将非确定性对整个方案系统的影响降到最低,量子纠错技术就是这种思路;三是既不减少非确定性,也不采用冗余技术来化解非确定性影响,而是在非确定性影响存在的情况下,利用好现有的确定性去完成全部的技术设计;四是反过来,恰恰利用内存的非确定性去完成技术设计。第三,系统哲学里的层级理论、整体主义与还原主义互补原理、逻辑哲学论、库恩科学革命理论、以及实践哲学观能为解决当前量子芯片技术中所遇到的难题提供方法论启示。例如,库恩范式理论就预示,只在单一固化的量子芯片设计方案范式里改良,是会思维固化的,不利于发觉底层原理缺陷的。超导量子芯片技术共同体、光量子芯片技术共同体、离子阱量子芯片技术共同体,彼此之间要相融相促。颠覆性的技术,往往需要依靠一场大的技术范式革命。

四、结语

总而言之,《兴起》一书凝聚了高策为首的山西大学量子科技哲学研究团队的心血和智慧。立足百年量子科技哲学研究大视野,书中的当代量子论哲学思想,对量子科技哲学何去何从,提供了许多有益的启示,为后续前沿量子科技哲学研究提供了全新的思想基础。未来的量子科技哲学研究,我们一方面可以进一步完善、深化书中的新概念、新思想,并拓展其应用范围;另一方面亦需进一步关注量子技术前沿中的哲学问题,促使我国量子科学哲学与量子技术哲学的共同发展。

参考文献:略

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