Философские проблемы квантовой теории информации

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-технологическая академия

В.С. ПОЛИКАРПОВ,
Е.В. ПОЛИКАРПОВА,
В.А. ПОЛИКАРПОВА

ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ

Учебное пособие
для аспирантов

Таганрог

Издательство Южного федерального университета

2016

УДК 001.8+530
ББК 87+22.314

П50

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Южного федерального университета

Рецензенты:

заведующий кафедрой информационной безопасности 

телекоммуникационных систем,  доктор технических наук,

профессор Румянцев К.Е.;

ректор Таганрогского филиала РОСНОУ, кандидат 

технических наук Руденко М.Ю.

Поликарпов, В.С.

Философские проблемы квантовой теории информации :

учебное 
пособие 
для 
аспирантов 
/ 
Поликарпов 
В.С., 

Поликарпова Е.В., Поликарпова В.А. ; Южный федеральный 
университет. −  Таганрог : Издательство Южного федерального 
университета, 2016. – 192 с.

ISBN 978-5-9275-2125-8

В учебном пособии рассматриваются актуальные философские 

проблемы квантовой теории информации – квантовая запутанность, 
квантовая 
телепортация, 
квантовая 
криптография, 
квантовые 

вычисления и другие – с позиции целостного единства мира и 
природы человека.

Предназначено
для аспирантов, магистрантов и студентов 

технических и информационных специальностей и может быть 
использовано при чтении таких курсов, как «История и философия 
науки» и «Квантовая теория информации».

ISBN 978-5-9275-2125-8
УДК 001.8+530
ББК 87+22.314

© Южный федеральный университет, 2016
© Поликарпов В.С., Поликарпова Е.В., 

Поликарпова В.А., 2016

П50

ПРЕДИСЛОВИЕ

Рубеж XX - XXI столетия – это удивительное время множества 

открытий в области научного познания, с чем связано появление 
новейших технологий типа технологий квантовой информации, 
нанотехнологии, генной технологии, виртуальных технологий
и 

развитие когнитивной науки. Перед нами ряд «горячих» точек науки, 
исследование которых генерирует новые идеи и представления, 
необходимые для изменения нашего мировоззрения, чтобы более 
глубоко и на качественно новом уровне понимать окружающий мир.  
В пользу такого утверждения свидетельствует такие результаты роста 
знания, как расширение и углубление наших теорий. Благодаря таким 
результатам роста знания один человек теперь получает возможность 
понять 
все 
накопленное 
и 
осмысленное 
знание. 
Известный 

американский специалист по квантовой теории и квантовым 
вычислениям Д. Дойч характеризует это положение дел следующим 
образом: «Я не утверждаю, что скоро мы поймем все. Это совсем 
другой вопрос. Я не верю, что сейчас мы близки или когда-то 
приблизимся к пониманию всего, что существует. Я говорю о 
возможности понимания всего, что понято. Это скорее зависит не от 
содержания нашего знания, а от того, на что похожи его структуры. 
Но структура нашего знания – независимо от возможности его 
выражения в теориях, составляющих понятное целое, - безусловно, 
зависит от самой структуры реальности в целом»1. Тенденция 
развития знания к тому, что один человек сможет понять все, что 
понято, определяется увеличивающейся глубиной ряда теорий. Эта 
глубина развивающихся теорий зависит от степени единства, 
целостности самой структуры реальности и поэтому в конечном счете 
все эти теории в силу своей глубины и обобщения превратятся в
единственную теорию Всего (понятно, что эта теория будет первой в 
ряду следующих «теорий всего» из-за бесконечного характера 
познания окружающего мира).

Исходя из изложенного, Д. Дойч в своей книге «Структура 

реальности» предлагает новую всеобъемлющую точку зрения на мир, 
в основе которой лежит четыре наиболее глубокие научные теории: 
квантовая физика и ее интерпретации с позиции множественности 
миров Эверетта, эволюционная теория Дарвина, теория вычислений, 
в том числе и квантовых, теория познания. В итоге, отмечает он, «мы 

1 Дойч Д. Структура реальности. М.-Ижевск. 2015. С. 28.

подошли к знаменательному моменту в истории идей – моменту, 
когда 
масштаб 
нашего 
понимания 
становится 
действительно 

универсальным»2.  Именно будущая «теория всего»
благодаря 

универсальности сможет охватить реальность во всей ее целостности.

Такой подход, развиваемый в современной науке совпадает с 

высказанной мыслителем и ученым Тейяром де Шарденом в его 
монографии «Феномен человека» мыслью более полустолетия назад: 
«Многочисленные очаги, делящие между собой данный объём 
материи, не независимы друг от друга. Что-то связывает их и 
объединяет. Пространство, заполненное множеством частиц, не ведёт 
себя как инертное вместилище, а воздействует на них как 
направляющая и передающая активная среда, внутри которой 
организуется это множество. Простое сложение или приставление 
друг к другу атомов ещё не даёт материи. Их объемлет и скрепляет 
некое таинственное тождество, на которое наталкивается наш разум, 
вынужденный в конечном счете отступить»3. В контексте философии 
Тейяра де Шардена таким неким таинственным тождеством 
выступает 
психическая 
составляющая 
любого 
явления, 

концентрирующаяся в точке Омега –
духовной
сущности. В 

современном разделе физики квантовой информации имеется 
представление о запутанных (сцепленных) состояниях, которое 
интерпретируется по-разному. Одной из них является трактовка 
запутанного состояния как объемлющего весь мир, откуда следует 
вывод о том, что «в основе классического мира лежит нелокальный 
квантовый
источник 
реальности, 
который 
находится 
вне 

пространства и времени, который нематериален»4. Эта трактовка 
вполне совпадает с интерпретацией Тейяра де Шардена, отвергая 
идею о материи как причины всех вещей. Современные квантовые 
физики исходят из материалистического понимания природы, 
подчеркивая 
при 
этом
фундаментальное 
значение 
квантовой 

механики как модели устройства мира и странный характер 
квантовой теории. Западные физики Б. Кокс и Дж. Формау 
акцентируют внимание на том, что квантовая механика – это 
физическая теория, описывающая то, как природа ведет себя в 

2 Там же. С. 41.
3 Шарден Т. Феномен человека. М., 1987. С. 45.
4 Доронин С.И. Квантовая магия. СПб., 2007. С. 20.

действительности, поражая своей точностью и объяснительной 
силой5.

Такого рода интерпретации вырастают на основе философского 

осмысления существенных для научно-технического прогресса и 
науки как непосредственной производительной силы современного 
общества 
результатов 
квантовой 
механики. 
Начинающееся 

осуществление на практике принципиально новых физических 
устройств на волне будущей «второй квантовой революции», 
возникновение нового направления в науке – квантовой биологии, 
использующей принципы квантовой механики для выяснения 
происхождения жизни,
влечет за собой весьма важные для 

нынешнего мировоззрения выводы, ведущие к качественно новому и 
весьма 
глубокому 
пониманию 
сущности 
мира6. 
Интеграция 

квантовой механики и информатики с необходимостью требует
рассмотрения таких актуальных философских проблем физики 
квантовой информации, как квантовая запутанность, квантовая 
телепортация, квантовая криптография, квантовые вычисления и 
другие  с позиции целостного единства мира и природы человека.
Тем более, что существует точка зрения американского физика Г.Х. 
фон Бейера, согласно которой квантовая информация и все 
причудливые парадоксы квантовой теории существуют только в 
воображении человека7. Именно этому кругу философских вопросов 
физики квантовой информации и посвящено наше учебное пособие 
для аспирантов технических специальностей. Вполне естественно, 
что ряд рассматриваемых в ней философских проблем физики 
квантовой информации носит дискуссионный характер. Автор 
благодарит д.т.н., профессора В.М. Курейчика, д.ф.-м.н., профессора 
К.Е. 
Румянцева, 
к.т.н. 
М.Ю. 
Руденко, 
к.т.н.. 
доцента 
С.В. 

Поликарпова за обсуждение и ряд ценных замечаний.

5 См. Кокс Б., Формау Дж. Квантовая вселенная. Как устроено то, что мы не 
можем увидеть. М., 2016. С. 8.
6 См. Мамчур Е.А. Информационно-теоретический поворот в интерпретации 
квантовой механики:  философско-методологический анализ //
Вопросы 

философии. 2014. № 1. С. 57-71; Аль-Халили Дж., Макфаден Дж. Жизнь на 
грани. Ваша первая книга о квантовой биологии. СПб., 2016.
7 См. Бейер Г.Х. фон. Квантовая странность? Это все у вас в голове // В мире 
науки. 2013. № 12. С. 81-86.

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. ФИЛОСОФСКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЙ 

АНАЛИЗ ОСНОВАНИЙ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ

Топологический подход в квантовой механике. Новые 

экспериментальные основы корпускулярно-волнового дуализма 
микрочастиц. Информационно-теоретическая интерпретация 

квантовой механики. Понятие «информационной ёмкости» уровней 

материи. Топологические пространства в квантовой физике. 

Расслоенные пространства, гомологии и когомологии в современной 

науке. Философская и физическая онтологии. Онтологический 
статус виртуальных частиц. Методология «конструктивного 
рационализма» в физике микромира и субмикромира. Понятие 

физического вакуума.

В философско-методологическом плане несомненный интерес 

представляет использование выработанного новейшей математикой     
топологического подхода, который оказывается адекватным
в 

развитии квантовой механики. Одним из самых неожиданных 
явлений 
в 
развитии 
математики 
20 
столетия 
стал 

головокружительный взлет топологии. В отличие от проективной 
геометрии, занимающейся  исследованием объектов без привлечения 
измерения и сравнения длин и углов, топология имеет дело с 
геометрическими фактами, установление которых требует учета 
непрерывной связи между точками фигуры. Если представить себе 
некоторую произвольно деформируемую фигуру из неразрываемого 
материала, чьи отдельные части не могут склеиваться, то топология 
занимается исследованием тех свойств, которые сохраняются при 
всевозможных произвольных искажениях данной фигуры. В таком 
случае, например, все топологические свойства шара в одинаковой 
степени принадлежат также эллипсоиду, кубу и тетраэдру. И 
наоборот, между шаром и тором существует топологическое 
различие, так как шар без разрывов или склеивания не может быть 
превращен в тор. Иными словами, «топология изучает те свойства 
геометрических объектов, которые сохраняются при непрерывных 
преобразованиях». Непрерывные преобразования характеризуются 
тем, что расположенные близко одна к другой точки до 
преобразования остаются такими же и после преобразования (здесь 
речь идет о понятии «окрестности»). В топологии понятия 
«окрестность», 
«непрерывность» 
и 
«предел» 
являются 

фундаментальными, 
характеризующими 
существующие 

определенные структуры в математическом анализе.

Топология является сравнительно молодой и очень важным 

разделом 
математики, 
поэтому 
неудивительно 
высказывание 

известного французского математика А. Вейля, согласно которому за 
душу каждого математика борются ангел топологии и дьявол 
абстрактной 
алгебры. 
Это 
означает, 
во-первых, 
необычайное 

изящество и красоту топологии, во-вторых, то, что вся современная 
математика представляет собой причудливое переплетение идей 
топологии и алгебры. Топология оказывается тесно связанной именно 
с алгеброй, с теорией групп и с теорией функций комплексного 
переменного, в результате появилась алгебраическая топология, что 
привело к введению понятий «категория», «функтор», «топос» и 
другие8. 
В
последнее 
время 
топология 
все 
более 
активно 

используется в физике, химии, биологии, психологии, социологии и 
других научных дисциплинах, что приводит к генерированию новых 
идей и приносит замечательные новые результаты.

Действительно, характерной чертой современной математики 

является 
исследование 
математических 
объектов 
вместе 
с 

отображениями этих объектов друг в друга, согласованными со 
структурой объектов: теория множеств немыслима без отображений 
множеств, топология немыслима без непрерывных отображений, 
алгебра немыслима без   гомоморфизмов алгебраических систем и 
т.д. Обычно объекты и их отображения образуют категорию, что 
означает возможность ассоциативного умножения. Категория –
совокупность однотипных математических структур (объектов) и 
отображений (морфизмов) между этими структурами, в которой 
выполняется 
ряд 
естественных 
дополнительных 
условий. 

Абстрагируясь от структуры объектов, теория категорий изучает 
свойства совокупности отображений, которая снабжена частичной 
операцией умножения. Значимость теории категорий заключается в 
её  объединяющей и унифицирующей роли в математике, поэтому, 
наряду с теорией множеств, она образует фундамент современного 
математического знания и является самостоятельной областью 
математики9.

8 См. Джонстон П. Теория топосов. М., 1986.
9 См. Цаленко М.Ш., Шульгейзер Е.Г. Основы теории категории. М., 1974. С. 5. 

Не менее существенным является использование в современном 

математическом знании его приложений в естествознании таких 
понятий топологии, как морфизм, функтор, пучок и др. Морфизм –
термин теории категорий, используемый для обозначения элементов 
произвольной категории, играющих роль отображений множеств друг  
в друга, гомоморфизмов групп, колец, непрерывных отображений 
топологических пространств и пр. Функтор – оператор перевода 
изоморфизмов категории R в изоморфизмы категории G, морфизмы –
это элементы отображений объектов, или всевозможные однозначные 
отображения множества А в множество B. Другими словами, функтор 
–
отображение одной категории в другую, согласованное со 

структурой категории. Пучок – однопараметрическое  семейство 
линий на плоскости или поверхностей в пространстве, которое 
линейно зависит от параметра; примером может служить пучок 
окружностей, 
представляющий 
собою 
однопараметрическое 

семейство окружностей, линейно зависящее от параметра, носителем 
пучка окружностей в общем случае являются две круговые точки и 
две собственные точки.

Квантовая механика представляет собой созданную в начале XX

столетия фундаментальную теорию, чтобы объяснить процессы 
микромира (электронов в атомах, кристаллах, фотонов), сейчас она 
используется также для понимания особых, квантованных форм 
макропроцессов 
(сверхтекучести, 
сверхпроводимости 
лазерного 

излучения и т.д.), причем для выражения её необычных, странных 
объектов в ней используется топология. Она выступает наряду с 
теорией 
относительности 
(специальной 
и 
общей 
теорией 

относительности) краеугольным камнем всех современных научных 
знаний о природе. Квантовая механика в последнее время она 
получила форму теории калибровочных квантованных полей, чтобы 
объяснить процессы субмикромира, связанных с движением кварков 
как компонентов всех элементарных частиц. Её качественная 
специфика заключается в концепции корпускулярно-волнового 
дуализма движения микрочастиц, принципе неопределенности, 
фиксирующих 
их 
состояния, 
явлении 
туннелирования, 
когда 

микрочастицы проходят сквозь потенциальные энергетические 
барьеры, 
принцип 
мгновенной 
связи 
между 
событиями, 

происходящих в удаленных друг от друга местах10. Все эти странные 
особенности 
квантовой 
механики 
имеют 
экспериментальные 

основания: классические физические опыты Тарковского-Томсона по 
дифракции частиц показали, что даже одиночные частицы обладают 
волновыми, интерференционными свойствами; в 1989 г. был 
проведен продемонстрировавший особенно наглядно загадочную 
волновую 
природу 
микрочастиц 
(электронов) 
эксперимент 

сотрудников Лаборатории перспективных исследований фирмы 
Хитачи и Университета Гакушуин в Токио А. Тономура, Ж. Эндо, Т. 
Масуда, Т. Кабасаки и Х. Ехава. Здесь использовался аналог экрана с 
двумя щелями двойную электронную призму, которая отклоняло 
электроны, когда они проходили между заряженным проводом и 
заземленными электродами. Для определения места попадания 
электронов, 
проходивших 
по 
одному 
через 
систему 

электростатических линз, Тономура с сотрудниками использовал 
современную, 
позиционно-чувствительную 
систему 
счетчиков 

электронов. Каждый электрон попадал на флуоресцентную пленку, 
порождая приблизительно 500 фотонов, которые посредством 
системы оптических волокон передавались на фотокатод, где они 
преобразовывались в слабый импульс электронов, попадающий на 
сенсор изображения. В результате на видеомониторе возникла 
картина 
из 
чередующихся 
ряда 
параллельных 
полос, 

свидетельствующий о том, что каждый электрон находился 
одновременно в двух местах11. Данный эксперимент имеет странную 
особенность, 
не 
укладывающуюся 
в 
принцип 
локальности 

классической физики, согласно которой нечто сделанное  в одном 
месте может иметь эффект только в этом месте. Можно сослаться на 
причудливую 
особенность 
электронов, 
однако 
проведенные 

аналогичные 
эксперименты 
с 
нейтронами, 
атомами 
и 
бозе
эйнштейновским конденсатом показали тот же самый результат, 
позволяющий 
понять 
его 
только 
в 
случае 
нелокальной 

интерпретации.

10 См. Акчурин И.А. Квантовая механика // Философский словарь / Под ред. 
И.Т. Фролова. М., 2001. C.241; Блохинцев Д.И. Основы квантовой механики. 
М., 2004.  Гл. II; Грин Б. Ткань космоса: Пространство, время и текстура 
реальности. М., 2009. С. 24-25.
11 См. Гринштейн Дж., Зайонц А. Квантовый вызов. Современные исследования 
оснований квантовой механики. Учебное пособие. М., 2008. С. 22-24. 

Еще одной странностью квантовой механики, обнаруженной в 

1935 г. А. Эйнштейном, Н. Розеном и Б. Подольским, является ЭПРпарадокс, который фиксирует нелокальную природу квантовых 
процессов, т.е. наличие мгновенной связи между микрочастицами на 
большом расстоянии. В свое время А. Эйнштейн считал абсурдной 
такую мгновенную связь и истолковал её появление  в контексте 
квантово-механической 
математики 
как 
доказательство 

несовершенства квантовой теории. Однако в 1980 гг. теоретические и 
технологические достижения дали возможность направить всю мощь 
экспериментальных исследований этого абсурда – в результате 
выяснилось, что действительно в строгих лабораторных условиях 
происходит мгновенная связь на огромном расстоянии между 
микрочастицами12. Все эти эксперименты заставляют радикально 
пересмотреть наши представления о физической реальности, которые 
противоречат 
всей 
системе 
макроскопических 
представлений 

классической науки.

В связи  с успешным развитием технологических приложений 

квантовой теории – квантового компьютера, квантовой криптографии 
и квантовой телепортации начался так называемый информационнотеоретический поворот в интерпретации квантовой механики. 
Основанием этого поворота является то, подчеркивает отечественный 
философ Е.А. Мамчур, что  в ранней (боровской) версии 
копенгагенской интерпретации квантовая механика фактически 
рассматривалась как теория информации13. В результате дискуссии в 
современной философии науки относительно целесообразности 
осуществления 
информационно-теоретического 
поворота 
было 

опровергнута точка зрения, согласно которой данный поворот 
подрывает позицию реализма в физике микромира. Существенным 
возможным 
последствием 
реализации 
поворота
является 

трансформация квантовой механики в информационную теорию 
микромира, которая описывает вероятностный характер поведения 
микрообъекта, совместимого с его нелокальностью. Ведь это вполне 
укладывается в положение лауреата нобелевской премии физика Р.
Фейнмана, 
что 
причины 
такого 
вероятностного 
поведения 

микрообъекта не известны не только нам, но и природе, что это 

12 См. Грин Б. Ткань космоса. Пространство, время и текстура реальности. С. 
25. 
13 См. Мамчур Е.А.  Информационно-теоретический поворот в интерпретации 
квантовой механики:  философско-методологический анализ. С. 57-71.