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“一旦你排除了不可能的，”虛構的偵探夏洛克·福爾摩斯曾有名地表示，“無論剩下的是什麼，無論多麼不可思議，都一定是真相。” 這句格言構成了“構造理論”的基本原則——牛津大學量子物理學家大衛·德意志於 2012 年首次勾勒出的一個候選“萬物理論”。他的目標是找到一個框架，透過確定一套描述宇宙中可能發生什麼和禁止發生什麼的總體“元定律”，從而涵蓋所有物理理論。在 5 月 23 日發表於物理預印本伺服器 arXiv 的一篇論文中，構造理論聲稱其朝著該目標邁出了第一步，統一了目前用於描述宏觀經典系統以及亞原子量子物件中資訊處理的兩個獨立理論。
計算機科學家目前使用美國數學家和密碼學家克勞德·夏農在 20 世紀 40 年代開發的理論來描述經典資訊如何能夠被有效地編碼和透過嘈雜的通道傳輸——例如，理論上，在光纖電纜中可以傳輸的最大資料量是多少，而不會變得無法挽回地損壞。與此同時，物理學家們正在努力構建量子計算機，原則上，量子計算機可以利用亞原子領域的奇特特性，以比當今的經典機器快得多的速度執行某些任務。
但是夏農理論定義的原則不能應用於量子計算機的資訊處理。事實上，德意志指出，物理學家們甚至沒有明確定義什麼是“量子資訊”，或者它與經典資訊有何關係。“如果我們想在尋找量子計算機的新演算法方面取得進展，我們需要了解量子資訊實際上是什麼！”他說。“到目前為止，為量子計算機發現的演算法都是意外的驚喜，是透過摸索發現的，因為我們沒有潛在的理論來指導我們。”
2012 年，德意志概述了構造理論，他認為該理論可以為經典和量子領域中所有理論的大統一提供基礎。這篇最新的論文是朝著更宏偉目標邁出的第一步——證明經典和量子資訊如何可以用於統一兩個物理理論。根據構造理論，現實的最基本組成部分是實體——“構造器”——執行特定任務，並附帶一套定義構造器實際可以執行哪些任務的定律。例如，帶電源的電熱水壺可以充當構造器，它可以執行加熱水的任務。“構造理論的語言提供了一種自然的方式來描述所有下屬理論（如能量守恆）必須遵守的最基本原則，”同樣來自牛津大學的量子物理學家基婭拉·馬萊託解釋說，她是這篇新論文的合著者。“你可以簡單地說，從無到有創造能量的任務是不可能的。”
悉尼大學物理哲學教授迪安·裡克斯沒有參與該理論的開發，但他對該理論統一自然規律的潛力很感興趣。“這是對萬物理論概念的一種非常奇特的新看法，”他說。“原則上，我們宇宙中一切可能的事物都可以寫在一本大書中，這本書只包含任務，而在這本大書中也將編碼所有的物理定律。”
為了發展他們對資訊的描述，德意志和馬萊託專注於經典系統中可能但在量子系統中不可能的一項關鍵任務：複製能力。自 20 世紀 80 年代以來，物理學家們已經知道不可能對一個未知的量子態進行完全相同的複製。在他們的新論文中，德意志和馬萊託將經典資訊介質定義為所有狀態都可以被精確複製的介質。然後，他們計算出在這種系統中必須可能執行哪些任務才能與夏農理論保持一致。
然後，合作者繼續定義“超資訊”介質的概念，該介質編碼指定特定物理狀態的訊息——在這種情況下，複製是不可能的。他們發現，超資訊介質的一個特殊子集顯示出與量子資訊處理相關的屬性。“我們發現，透過施加一個約束來告訴你，在超資訊介質中你不能做什麼——複製的任務——你最終會發現量子系統所具有的奇怪的新資訊處理能力，”馬萊託說。
該團隊表明，在施加複製限制的情況下，許多其他屬性開始出現：測量超資訊介質的狀態將不可避免地擾亂它——這是通常與量子系統相關的特徵。但是，由於禁止對超資訊介質中某些狀態集進行精確複製，這迫使測量結果中產生一些不確定性。
該團隊還表明，一旦施加複製約束，糾纏——將量子物體捆綁在一起，使它們協同作用的怪異特性，無論它們相距多遠——也會自然而然地產生。根據馬萊託的說法，包含兩個糾纏態的系統的關鍵特性是，儲存在組合系統中的資訊多於僅透過單獨檢查這對成員所能收集到的資訊。量子整體大於其各部分之和。
在他們的論文中，德意志和馬萊託證明了資訊可以以這樣一種方式編碼在兩個超資訊介質中，以至於不可能透過單獨測量單個子系統來檢索它——也就是說，糾纏是不可避免的。同樣，在經典介質中，糾纏是不可能的。“這個形式體系吸引人的地方在於量子力學的共同特徵以這種方式顯現出來，”斯坦福大學的量子物理學家帕特里克·海登說，他補充道：“我非常尊重構造理論背後的創造性思維及其雄心壯志。” 然而，他指出，其他研究人員也在進行競爭性嘗試，以發展對量子力學的更深入理解，包括基於複製的想法，而且現在斷言哪一種（如果有的話）將被證明是最佳描述還為時過早。
裡克斯同意，物理學家們需要時間來驗證該理論——該理論尚未透過同行評審——是否真的成功地統一了經典和量子資訊理論。但如果得到證實，它將有助於推動德意志尋找長期以來尋求的量子引力理論的目標，統一目前不相容的量子理論和廣義相對論。“這是科學史上第一次知道我們最深刻的理論是錯誤的，所以很明顯我們需要一個更深刻的理論，”德意志說。
裡克斯認為，構造理論有可能規定廣義相對論和量子理論必須遵守的元定律。“元定律是更穩定的生物，它們在科學革命中倖存下來，”他說。“掌握這些原則使我們更好地掌握了現實的本質。 我認為這是一個相當大的優勢。”