Το πρόβλημα της μέτρησης στην κβαντική μηχανική και η έννοια της πληροφορίας στην κβαντική πληροφορική

Abstract

The most recent and refined views in the area of Physics on the problem of Quantum Measurement combined with the rapid development in technology (especially nanotechnology) have boosted research, through reconsideration, clarification and modification (as for example in modern decoherence theories) of the foundations of the Quantum Theory as well as of other basic concepts, aiming at the exploitation of the so-called quantum paradoxes towards the direction of Quantum Informatics. Combining Physics, Mathematics and Computational Science, Quantum Informatics during the last two decades has been turned, from a point of an almost utopic idea, into one of the most charming and interesting research areas emanating from Quantum Mechanics.There are two dominating philosophical approaches to Quantum Informatics : Firstly, the one that partly intimates the philosophical point of view of the Copenhagen School (founded by Niels Bohr) and incorporates its realistic aspects, particularly to the extent that they advocate in favor of Holism in the quantum phenomena. Secondly, the one that intimates a more radical realism, such as the ontological interpretations of decoherence approach or the many-worlds-interpretation.The fundamental belief adopted by the present analysis is that the world does objectively exist, but its approach by the scientifically thinking subject of western metaphysics is inadequate and, to some extent, impossible. Nevertheless, Modern Physics led by Quantum Mechanics and Quantum Informatics, provides the framework for a different way of philosophically approaching Nature. As a contribution to seeking for an alternative approach of coherent knowledge within the context of this study, a kind of relational ontology is introduced, that is to be conceived as a critical relational realism, finding its completion in the dynamics of the relation between the observer and the each time observed physical entity, conceiving the existing as an a posteriori determination of the active (not pre-determined) relation between them.The consequences on ontology and gnosiology of the proposed (alternative) picture of the Critical Relational Realism can be summarized in the following statement : The “picture” of reality is no longer a picture of a set of entities with given logical structure and organization, but rather a picture of a set of relations, whose semantics is not susceptible to a unique reading. The relation appears not only as the way of reality, but also as a way to know reality (see the “two-slit experiment”). Definitely, this way of relation puts every sensible and comprehensible fact under a relative perspective, not with the meaning of doubt and questioning, but rather with the meaning that any given fact is intrinsically associated with the experience of the relation and with the code system that applies to this relation.Therefore, within the framework of Critical Relational Realism, quantum information (like any information) does not only lead to communication and hence to relation, but also sets the relation as a precondition for its existence. Consequently, Quantum Information is an a posteriori determination of active relations, while the total information of a quantum system, which is of much interest in Quantum Informatics, is nothing else but the cooperative action of each specific dynamically active relation, that becomes apparent in quantum coherence – decoherence phenomena as well as in quantum entanglement.Critical Relational Realism is put forward as an alternative philosophical foundation for coping with philosophical issues related to Quantum Information Theory. Moreover, Quantum Informatics, as an area of scientific research, takes part, to some extent, in the course of developing a concrete and broad interscientific knowledge and, naturally, all this participation is subject to judgement and criticism within the boundaries of Philosophy.

Οι νέες και πιο επεξεργασμένες ιδέες της φυσικής επιστήμης σχετικά με το πρόβλημα της κβαντικής μέτρησης σε συνδυασμό με την αλματώδη ανάπτυξη της τεχνολογίας (κυρίως της νανοτεχνολογίας) έχουν ωθήσει την έρευνα, μέσω της επανεξέτασης, της διασάφησης και αλλαγής (π.χ. σύγχρονες θεωρίες «αποσυνοχής») των κβαντικών θεμελίων και βασικών εννοιών, στην αξιοποίηση των λεγόμενων κβαντικών παραδόξων στην κατεύθυνση της κβαντικής πληροφορικής. Συνδυάζοντας φυσική, μαθηματικά και υπολογιστική επιστήμη (computational science), η κβαντική πληροφορική έχει διαμορφωθεί, κατά τις δύο τελευταίες δεκαετίες, από μια ουτοπική ιδέα σε μια από τις πιο γοητευτικές και εξαιρετικά ενδιαφέρουσες ερευνητικές περιοχές που πηγάζουν από την κβαντική μηχανική.Δύο είναι οι κυρίαρχες φιλοσοφικές προσεγγίσεις της κβαντικής πληροφορικής: Πρώτον, εκείνη που οικειοποιείται, εν μέρει, τη φιλοσοφική οπτική της «Σχολής της Κοπεγχάγης» (ιδρυτής της ο Niels Bohr) και προσλαμβάνει τις ρεαλιστικές της συνιστώσες, ιδιαίτερα στο βαθμό που αυτή συνηγορεί υπέρ του ολισμού στα κβαντικά φαινόμενα. Δεύτερον, αυτή που οικειοποιείται έναν πιο ριζικό ρεαλισμό, όπως αυτόν των οντολογικών ερμηνειών της προσέγγισης της αποσυνοχής ή της ερμηνείας των πολλών κόσμων. Η βασική πεποίθηση την οποία υιοθετεί η παρούσα ανάλυση είναι πως ο κόσμος υπάρχει αντικειμενικά, αλλά η προσέγγισή του από το επιστημονικά σκεπτόμενο υποκείμενο της δυτικής μεταφυσικής είναι ανεπαρκής και εν, μέρει, αδιέξοδη. Εντούτοις, η σύγχρονη φυσική, με αιχμή την κβαντική μηχανική και την κβαντική πληροφορική, προσφέρει τον τόπο για μια διαφορετική φιλοσοφική προσέγγιση της φύσης. Ως συμβολή στην αναζήτηση μιας εναλλακτικής προσέγγισης της συναφούς γνώσης, στο πλαίσιο της μελέτης αυτής, προτείνεται ένα είδος σχεσιακής οντολογίας, η οποία εννοείται ως ένας κριτικός σχεσιακός ρεαλισμός, που πληρώνεται στη δυναμική της σχέσης μεταξύ του παρατηρητή και της εκάστοτε παρατηρούμενης φυσικής οντότητας, συλλαμβάνοντας το υπαρκτό ως a posteriori προσδιορισμό της μεταξύ τους ενεργού (μη προκαθορισμένης) σχέσης.Οι συνέπειες, τις οποίες έχει η προταθείσα (εναλλακτική) «εικόνα» του κριτικού σχεσιακού ρεαλισμού για την οντολογία και τη γνωσιολογία, μπορούν να συνοψισθούν στην ακόλουθη πρόταση: Η «εικόνα» της πραγματικότητας δεν είναι πια «εικόνα» ενός συνόλου οντοτήτων με δεδομένη λογική άρθρωση και δομή, αλλά ενός συνόλου σχέσεων που η σημαντική τους δεν επιδέχεται μία και μοναδική ανάγνωση. Η σχέση εμφανίζεται ως ο τρόπος της πραγματικότητας, αλλά και ως ο τρόπος γνώσης της πραγματικότητας (βλ. το «πείραμα των δύο οπών»). Αυτός ο τρόπος της σχέσης σχετικοποιεί οπωσδήποτε κάθε αισθητό και νοητό δεδομένο, όχι με την έννοια της αμφιβολίας και της αμφισβήτησης, αλλά με την έννοια ότι εξαρτά το όποιο δεδομένο από την εμπειρία της σχέσης και από τους κώδικες που την σηματοδοτούν. Στο πλαίσιο, λοιπόν, του κριτικού σχεσιακού ρεαλισμού, η κβαντική πληροφορία (όπως και κάθε πληροφορία) δεν οδηγεί μόνο σε επικοινωνία και, άρα σε σχέση, αλλά προϋποθέτει τη σχέση για να παραχθεί. Εν προκειμένω, η κβαντική πληροφορία είναι, δηλαδή, ένας a posteriori προσδιορισμός ενεργών σχέσεων, ενώ η ολική πληροφορία ενός κβαντικού συστήματος, η οποία στην κβαντική πληροφορική ενδιαφέρει ιδιαίτερα, δεν είναι παρά ο συντονισμός αυτών των επιμέρους δυναμικά ενεργών σχέσεων, ο οποίος είναι έκδηλος στα φαινόμενα της κβαντικής συνοχής-αποσυνοχής και της κβαντικής διαπλοκής.Ο κριτικός σχεσιακός ρεαλισμός προτείνεται ως εναλλακτική φιλοσοφική θεμελίωση για την αντιμετώπιση των φιλοσοφικών ζητημάτων τα οποία σχετίζονται με την κβαντική θεωρία πληροφορίας. Επιπροσθέτως, η κβαντική πληροφορική ως επιστημονική έρευνα, μετέχει, κατά το δυνατόν, στην πορεία δημιουργίας μιας συγκροτημένης και ευρείας διεπιστημονικής γνώσης και αυτή η μετοχή, όπως και όλο το γνωσιακό οικοδόμημα, κρίνεται μέσα στα όρια της φιλοσοφίας.