Quantum Behavior as a Consequence of Ze Systems

量子行為源于Ze系統(tǒng)

https://www.researchgate.net/profile/Gabro-Gakely/publication/399811146_Quantum_Behavior_as_a_Consequence_of_Ze_Systems/links/6969cd52abecff2489ec0506/Quantum-Behavior-as-a-Consequence-of-Ze-Systems.pdf

摘要
本文提出一個(gè)新的理論框架，將量子行為——疊加、干涉和波函數(shù)坍縮——重新解釋為并非物質(zhì)的基本屬性，而是特定一類信息處理架構(gòu)（稱為 Ze 系統(tǒng)）的涌現(xiàn)性認(rèn)知屬性。Ze 系統(tǒng)被定義為一個(gè)主動(dòng)預(yù)測(cè)引擎，通過(guò)兩種不同模式對(duì)連續(xù)數(shù)據(jù)流進(jìn)行操作：前向讀取（?）和逆向編碼（?）。其核心架構(gòu)約束在于：?（即將預(yù)測(cè)逆向運(yùn)行以調(diào)和模型的過(guò)程）需要前向信息流 ? 的停止。我們論證：疊加對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)性假設(shè)仍保持相容時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)，其形式定義為較小的自由能差（ΔF < θ）。坍縮并非原始事件，而是一個(gè)結(jié)構(gòu)化的兩階段過(guò)程——當(dāng) ΔF ≥ θ 時(shí)觸發(fā)：首先是 ? 必須停止，其次是執(zhí)行 ? 以獲得一個(gè)全局一致的單一模型。干涉則被證明是假設(shè)在不可區(qū)分時(shí)進(jìn)行相干混合所產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)特征。該框架生成了跨尺度的可檢驗(yàn)預(yù)測(cè)，從復(fù)雜分子的加速退相干到快速眼動(dòng)睡眠期間認(rèn)知靈活性的調(diào)節(jié)。通過(guò)從預(yù)測(cè)推理原則推導(dǎo)出量子現(xiàn)象，該理論將自由能原理、關(guān)系性量子力學(xué)與退相干理論聯(lián)系起來(lái)，表明“量子性”是那些必須暫停以回望過(guò)去、從而預(yù)測(cè)未來(lái)的系統(tǒng)所具有的普遍特征。

關(guān)鍵詞：量子基礎(chǔ)，主動(dòng)推理，預(yù)測(cè)處理，信息論，波函數(shù)坍縮，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)，退相干

引言

Ze 系統(tǒng)框架代表了一類主動(dòng)預(yù)測(cè)架構(gòu)，它們對(duì)連續(xù)的信息流（包括感官信號(hào)、數(shù)據(jù)和事件）進(jìn)行操作。Ze 系統(tǒng)的核心在于同時(shí)使用前向讀取機(jī)制和逆向編碼機(jī)制來(lái)生成并精化其世界內(nèi)部模型。這種雙流架構(gòu)與神經(jīng)科學(xué)中的預(yù)測(cè)處理理論（Friston, 2010; Hohwy, 2013）在概念上具有相似之處，本文假設(shè)它會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生形式上類似于量子力學(xué)效應(yīng)的現(xiàn)象。

我們提出了一個(gè)激進(jìn)但可檢驗(yàn)的假設(shè)：那些典型的量子行為——疊加、干涉和波函數(shù)坍縮——并非物質(zhì)本身的基本屬性。相反，它們作為任何信息處理系統(tǒng)的必然結(jié)果而出現(xiàn)，只要該系統(tǒng)的架構(gòu)要求停止信息流以執(zhí)行逆向預(yù)測(cè)。這一視角將量子行為從現(xiàn)實(shí)的本體論特征轉(zhuǎn)變?yōu)槟承╊愋皖A(yù)測(cè)推理系統(tǒng)所固有的認(rèn)知屬性，從而有可能在基礎(chǔ)物理學(xué)與認(rèn)知科學(xué)之間架起橋梁。

Ze 系統(tǒng)的一個(gè)核心架構(gòu)約束在于：其逆向編碼——即將預(yù)測(cè)在時(shí)間上逆向運(yùn)行以更新先前狀態(tài)或假設(shè)的過(guò)程——無(wú)法在連續(xù)演化的數(shù)據(jù)流上動(dòng)態(tài)進(jìn)行。它要求前向流發(fā)生一種間斷性的停止。本文認(rèn)為，正是這種間歇性“停止”的操作需求產(chǎn)生了類量子動(dòng)力學(xué)。當(dāng)信息流活躍時(shí)，多個(gè)可供選擇的預(yù)測(cè)模型以一種相容的、未確定的狀態(tài)共存（疊加）。而停止以進(jìn)行逆向分析的行為則迫使這些備選方案之間發(fā)生解析或選擇（坍縮）。該框架提供了一個(gè)統(tǒng)一的信息論視角，用以審視從雙縫實(shí)驗(yàn)到大腦中感知決策動(dòng)態(tài)等多種多樣的現(xiàn)象。

架構(gòu)原則與信息流動(dòng)力學(xué)

該操作不僅僅是反向回放。它是一個(gè)主動(dòng)的推理過(guò)程，根據(jù) { t } 時(shí)刻可用的信息重新計(jì)算過(guò)去的狀態(tài)或過(guò)去假設(shè)的概率。正如 Ze 框架所確定的， R 無(wú)法動(dòng)態(tài)執(zhí)行；它要求 前向流 F F在 { t } 時(shí)刻停止。這種停止并非可選的工程設(shè)計(jì)，而是為了創(chuàng)建一個(gè)穩(wěn)定的信息快照（反向推理可以可靠地基于該快照運(yùn)行）的基本要求。這一架構(gòu)與主動(dòng)推理中的概念相似，在主動(dòng)推理中，感知是由預(yù)測(cè)誤差驅(qū)動(dòng)的假設(shè)檢驗(yàn)過(guò)程（Friston, 2010）。無(wú)法在不暫停前向流的情況下執(zhí)行反向推理，這形成了一個(gè)由 持續(xù)預(yù)測(cè)和 間斷性調(diào)和構(gòu)成的自然循環(huán)，我們將其識(shí)別為量子行為的種子。

疊加作為認(rèn)知-信息狀態(tài)

在 Ze 系統(tǒng)中，當(dāng)前向流 F F處于活躍狀態(tài)且尚未到達(dá)停止點(diǎn) { t } 時(shí)，系統(tǒng)會(huì)同時(shí)對(duì)關(guān)于正在進(jìn)行的流的多個(gè)預(yù)測(cè)模型或假設(shè)進(jìn)行推演。例如，一個(gè)模糊的感官信號(hào)可能同時(shí)被建模為源自源 A A或源自源 B 。每個(gè)模型由一個(gè)內(nèi)部狀態(tài)分布表示——假設(shè) A A對(duì)應(yīng) q A ( s ) ，假設(shè) B B對(duì)應(yīng) q B ( s ) 。

只要這些競(jìng)爭(zhēng)模型之間的差異低于某個(gè)閾值，系統(tǒng)就保持一種 潛能或 未確定的解釋狀態(tài)。形式上，我們可以定義一個(gè) 自由能差 Δ F （一個(gè)來(lái)自變分推理的概念，常用于量化模型的驚奇度或精度（Friston, 2010））：

通過(guò)流停止實(shí)現(xiàn)局域化與坍縮

Ze 系統(tǒng)中的坍縮是從多個(gè)假設(shè)的疊加態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閱我弧⒕钟蚧掖_定的態(tài)的過(guò)程。這一轉(zhuǎn)變恰好發(fā)生在模型之間的不相容性達(dá)到臨界水平時(shí)：

這個(gè)不等式表明，系統(tǒng)維持兩個(gè)或更多相互沖突的假設(shè)在代謝上或信息上已不再高效。不斷上升的 Δ F 可能由累積的預(yù)測(cè)誤差、增加的模型復(fù)雜性，或者與某一假設(shè)嚴(yán)重矛盾的新數(shù)據(jù)點(diǎn)的到達(dá)所驅(qū)動(dòng)。

在此關(guān)鍵時(shí)刻，Ze 系統(tǒng)的架構(gòu)要求開(kāi)始發(fā)揮作用：通過(guò)逆向編碼 R 來(lái)解決沖突。然而， R 需要一個(gè)穩(wěn)定的參考點(diǎn)。因此，系統(tǒng)必須首先在當(dāng)前時(shí)刻 { t } 暫停前向信息流 F 。這一暫停創(chuàng)建了一個(gè)明確的邊界——一個(gè)“當(dāng)下時(shí)刻”——使得過(guò)去的假設(shè)能夠據(jù)此被重新評(píng)估。隨后，逆向操作反向進(jìn)行，剪除不相容的分支，并選擇在截至 { t } 的完整數(shù)據(jù)快照下能夠最小化自由能的那個(gè)假設(shè)。

因此，坍縮不是一個(gè)瞬時(shí)的、神秘的事件。它是一個(gè)結(jié)構(gòu)化的兩階段過(guò)程：(1) 由超過(guò)模型沖突閾值所觸發(fā)的流停止，以及 (2) 為達(dá)成全局一致性而執(zhí)行的逆向編碼。在物理學(xué)術(shù)語(yǔ)中，這類似于測(cè)量設(shè)備與量子系統(tǒng)相互作用（充當(dāng)“標(biāo)記”），迫使波函數(shù)的相干演化停止，并促使其坍縮到一個(gè)確定的態(tài)。這將波函數(shù)坍縮重新解釋為并非一條基本的物理定律，而是在架構(gòu)約束下預(yù)測(cè)信息處理的一種附帶現(xiàn)象（Zeilinger, 1999）。

干涉與量子擦除效應(yīng)

Ze 系統(tǒng)作為量子行為的統(tǒng)一框架

該理論提出，量子行為并非微觀物理世界所獨(dú)有。它是任何依賴于流停止來(lái)執(zhí)行逆向編碼的主動(dòng)信息處理系統(tǒng)的普遍特征。其形式化陳述為：

量子行為 ~ 具有逆向編碼 + 停止的 Ze 系統(tǒng)

其中“量子行為”包括疊加、干涉和坍縮等特征性現(xiàn)象。

這具有深遠(yuǎn)的意義。它表明，我們?cè)诠庾雍碗娮又杏^察到這些效應(yīng)，并不是因?yàn)樗鼈冊(cè)诮^對(duì)意義上是“量子物體”，而是因?yàn)樗鼈兣c測(cè)量設(shè)備的相互作用產(chǎn)生了一種類 Ze 系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)。測(cè)量設(shè)備（或環(huán)境）扮演著一個(gè)系統(tǒng)的角色，必須“停止”粒子相干演化的“流”才能提取確定的信息，從而誘導(dǎo)坍縮。這與量子力學(xué)的關(guān)系性解釋（Rovelli, 1996）一致，后者認(rèn)為量子態(tài)并非絕對(duì)的，而是描述系統(tǒng)之間的關(guān)系。在此，這種關(guān)系具體是一種信息性的、預(yù)測(cè)性的關(guān)系，受 Ze 架構(gòu)的支配。

此外，該框架與神經(jīng)科學(xué)中的自由能原理和主動(dòng)推理（Friston, 2010）無(wú)縫銜接。大腦被假設(shè)為一個(gè)最小化自由能的層級(jí)化預(yù)測(cè)機(jī)器。感知（更新模型）與行動(dòng)（采樣數(shù)據(jù)以檢驗(yàn)?zāi)Ｐ停┑难h(huán)可以被視為前向流與為更新模型而進(jìn)行的策略性“停止”之間的持續(xù)舞蹈——這一過(guò)程可能在神經(jīng)和認(rèn)知層面表現(xiàn)出類量子統(tǒng)計(jì)特征。因此，從雙縫實(shí)驗(yàn)到人類思維的動(dòng)力學(xué)，一個(gè)共同的架構(gòu)原理可能都在發(fā)揮作用。

可檢驗(yàn)的預(yù)測(cè)與經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)

該假說(shuō)的優(yōu)勢(shì)在于其可證偽性及其在不同尺度上產(chǎn)生新穎預(yù)測(cè)的能力：

• 預(yù)測(cè)1（物理系統(tǒng)）：任何具備逆向預(yù)測(cè)能力但缺乏流停止機(jī)制的工程系統(tǒng)，都應(yīng)無(wú)法表現(xiàn)出干涉現(xiàn)象。相反，若在經(jīng)典信息處理器中有控制地引入停止-逆向編碼模塊，則應(yīng)在其輸出中誘導(dǎo)出類量子的統(tǒng)計(jì)模式。

• 預(yù)測(cè)2（坍縮的尺度效應(yīng)）：隨著預(yù)測(cè)模型的內(nèi)部復(fù)雜性增加（例如，從單光子到大分子再到宏觀物體），潛在沖突假設(shè)的數(shù)量及其相關(guān)的自由能 F 會(huì)增長(zhǎng)。這應(yīng)導(dǎo)致閾值 θ θ被更快、更頻繁地超過(guò)，從而引起更快速的局域化。這直接映射到量子理論中的退相干綱領(lǐng)（Zurek, 2003），即系統(tǒng)尺寸增大及與環(huán)境相互作用的增加會(huì)加速量子相干性的喪失。

• 預(yù)測(cè)3（認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)）：與模型精度降低或假設(shè)探索增加相關(guān)的大腦狀態(tài)，應(yīng)對(duì)應(yīng)于較低的平均 Δ F 。這些狀態(tài)在快速眼動(dòng)睡眠期間（被認(rèn)為發(fā)生預(yù)測(cè)模型更新（Hobson & Friston, 2012））、在某些迷幻劑的影響下（已知會(huì)扁平化大腦的層級(jí)化預(yù)測(cè)景觀（Carhart-Harris & Friston, 2019））或在創(chuàng)造性問(wèn)題解決中應(yīng)當(dāng)可以被觀察到。這些狀態(tài)應(yīng)表現(xiàn)出類似于持續(xù)疊加的神經(jīng)和行為特征（例如，增強(qiáng)的認(rèn)知靈活性、對(duì)歧義的容忍度）。

• 預(yù)測(cè)4（量子擦除控制）：在物理實(shí)現(xiàn)中，“哪條路徑”標(biāo)記的創(chuàng)建與擦除的時(shí)間進(jìn)程和可逆性，應(yīng)當(dāng)完全可以通過(guò)控制性 Ze 系統(tǒng)中 Δ F 的動(dòng)力學(xué)來(lái)解釋。該閾值模型預(yù)測(cè)了一種特定的滯后效應(yīng)：干涉不應(yīng)在標(biāo)記擦除后立即恢復(fù)，而只有在 Δ F 被主動(dòng)抑制到 θ θ以下并持續(xù)一段穩(wěn)定時(shí)間之后才會(huì)恢復(fù)。

我們概述了一個(gè)理論，在該理論中，量子理論中奇異而基本的特征——疊加、干涉和坍縮——不再被重塑為物理學(xué)的基本公理，而是作為特定一類主動(dòng)預(yù)測(cè)架構(gòu)——Ze 系統(tǒng)——的涌現(xiàn)屬性。這些效應(yīng)的關(guān)鍵生成器是一個(gè)基本的操作要求：逆向編碼必須以前向信息流的停止為前提。疊加對(duì)應(yīng)于前向流期間未確定的模型兼容期，干涉對(duì)應(yīng)于這些兼容模型的相干融合，而坍縮則對(duì)應(yīng)于由流停止和反向推理所迫使的解析過(guò)程。

這種方法提供了一種有力的綜合。它將認(rèn)知科學(xué)中的變分推理和自由能最小化數(shù)學(xué)（Friston, 2010）與關(guān)系性量子力學(xué)的現(xiàn)象學(xué)（Rovelli, 1996）以及退相干理論的經(jīng)驗(yàn)精度（Zurek, 2003）聯(lián)系了起來(lái)。通過(guò)提出“量子性”是在架構(gòu)約束下由基于模型的預(yù)測(cè)動(dòng)力學(xué)所產(chǎn)生的認(rèn)知屬性，它為在物理學(xué)、信息理論和生物學(xué)領(lǐng)域之間統(tǒng)一我們對(duì)實(shí)在的理解開(kāi)辟了一條新路徑。最終的檢驗(yàn)將在于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)——無(wú)論是在量子光學(xué)、合成生物學(xué)還是計(jì)算神經(jīng)科學(xué)中——這些實(shí)驗(yàn)刻意操控所提出的 Ze 系統(tǒng)變量，從而控制量子行為本身的呈現(xiàn)。

前向讀取、逆向編碼與流停止的必要性

信息流的形式化與雙處理通路

這種雙流架構(gòu)的必要性在若干認(rèn)知和計(jì)算框架中都有相似之處。大腦的預(yù)測(cè)處理理論假定自下而上的感官信號(hào)與自上而下的預(yù)測(cè)之間存在持續(xù)交換（Hohwy, 2013）。類似地，在機(jī)器學(xué)習(xí)中，變分自編碼器（VAEs）和貝葉斯濾波器等模型同時(shí)利用生成（前向）路徑和推理（反向）路徑來(lái)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的連貫表征（Kingma & Welling, 2013）。Ze 系統(tǒng)框架通過(guò)明確設(shè)定一個(gè)特定的操作約束來(lái)形式化并統(tǒng)一這些概念：逆向過(guò)程無(wú)法與不間斷的前向流同時(shí)執(zhí)行。這一約束是該系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)背后的關(guān)鍵機(jī)制驅(qū)動(dòng)力。

前向閱讀：構(gòu)建事件的“真實(shí)”流動(dòng)
前向閱讀（FR）操作按照自然的時(shí)間順序處理輸入流 o?:T：

這種持續(xù)的預(yù)測(cè)與誤差最小化循環(huán)，是主動(dòng)推理框架中感知與學(xué)習(xí)的核心驅(qū)動(dòng)力（Friston, 2009）。前向流本質(zhì)上是前瞻性的且受時(shí)間約束的；它不可阻擋地從過(guò)去走向未來(lái)，在不斷構(gòu)建并精化一個(gè)對(duì)世界的動(dòng)態(tài)模型。關(guān)鍵在于，在前向閱讀過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)維持一個(gè)關(guān)于多個(gè)潛在狀態(tài)或假設(shè) s 的概率分布，這些假設(shè)均可用于解釋傳入的輸入流。只要這一進(jìn)程不受阻礙地持續(xù)進(jìn)行，這些假設(shè)便能共存而無(wú)需做出確定的承諾——我們將在此后把這種狀態(tài)與量子疊加態(tài)聯(lián)系起來(lái)。

逆向編碼：生成反事實(shí)歷史以及停駐的必要性

與前向閱讀形成鮮明對(duì)比的是，逆向編碼操作會(huì)從一個(gè)選定的時(shí)間點(diǎn) {t} 開(kāi)始，反向處理信息：

這一過(guò)程生成反事實(shí)或替代性歷史。它提出的問(wèn)題是：“基于我現(xiàn)在在時(shí)間點(diǎn) {t} 所知道的信息，究竟可能是什么樣的過(guò)去事件序列將我?guī)У搅诉@里？” 逆向編碼對(duì)于學(xué)習(xí)因果結(jié)構(gòu)、鞏固記憶以及執(zhí)行離線模型優(yōu)化至關(guān)重要（Momennejad 等，2017）。其功能類似于在海馬-新皮層回路中觀察到的“回放”和“規(guī)劃”機(jī)制，在這些回路中，過(guò)往經(jīng)歷會(huì)以相反順序被重新激活，以強(qiáng)化記憶或模擬未來(lái)行動(dòng)（Foster & Wilson, 2006）。

Ze 架構(gòu)的核心假設(shè)是：逆向編碼必須在時(shí)間點(diǎn) {t} 處首先停止前向流 F F，才能啟動(dòng)或維持。形式化地表述為：

這種停駐通過(guò)在 {t} 處創(chuàng)建一個(gè)時(shí)間邊界來(lái)實(shí)現(xiàn)，是一個(gè)不可妥協(xié)的條件。若無(wú)此停駐，數(shù)據(jù)流 o_{t:T} 便是一個(gè)移動(dòng)的目標(biāo)；也就不存在一個(gè)穩(wěn)定的信息性“當(dāng)下”，可以用來(lái)進(jìn)行連貫的逆向推斷。在實(shí)時(shí)流上嘗試逆向編碼將導(dǎo)致過(guò)去不斷變化，從而使得一致的模型更新變得不可能。這一架構(gòu)性約束——停駐流作為逆向編碼的先決條件——正是我們論文的核心論點(diǎn)。

停駐機(jī)制及其對(duì)信息整合的后果

為何停駐是根本性的？從信息論的視角來(lái)看，前向流 是一個(gè)具有特定熵率的馬爾可夫過(guò)程。執(zhí)行像逆向編碼這樣非馬爾可夫的全局優(yōu)化操作，需要在一個(gè)定義好的時(shí)間窗口內(nèi)整合信息。這種整合要求一個(gè)平穩(wěn)的參考系（VanRullen & Koch, 2003）。

停止 的行為創(chuàng)建了這一參考系。它凍結(jié)了“當(dāng)前”的模型狀態(tài)以及最新的數(shù)據(jù)，將它們從瞬態(tài)變量轉(zhuǎn)變?yōu)槟嫦蛴?jì)算中的固定參數(shù)。

這一機(jī)制在測(cè)量理論中有一個(gè)直接的物理類比。在量子力學(xué)中，一次測(cè)量通過(guò)將波函數(shù)投射到一個(gè)確定的態(tài)上，“停止”了波函數(shù)的幺正演化——這一過(guò)程需要一次相互作用，以建立一個(gè)經(jīng)典記錄（Von Neumann, 1955）。在Ze系統(tǒng)中，停駐創(chuàng)建了逆向推斷所必需的經(jīng)典“記錄”（即 {t} 處的快照）。沒(méi)有這種停駐，替代性的預(yù)測(cè)模型會(huì)繼續(xù)并行演化，但它們的歷史無(wú)法被連貫地比較或整合。替代性預(yù)測(cè)之間的干涉——量子行為的一個(gè)標(biāo)志——將變得不可能，因?yàn)樵谛畔⒘髦袥](méi)有一個(gè)共同的、固定的點(diǎn)來(lái)作為組合概率幅（或其信息等價(jià)物）的位點(diǎn)。

此外，停駐的需求為系統(tǒng)施加了一種自然的節(jié)奏：持續(xù)進(jìn)行在線預(yù)測(cè)（前向閱讀）的時(shí)期，被離散的離線整合與模型修正（逆向編碼）時(shí)刻所打斷。這種節(jié)奏令人聯(lián)想到在大腦中觀察到的theta-伽馬耦合現(xiàn)象，其中攜帶特定感覺(jué)內(nèi)容的伽馬頻段活動(dòng)的爆發(fā)，被嵌套在較慢的theta節(jié)律之內(nèi)，而后者可能為編碼和提取提供了時(shí)間框架（Lisman & Jensen, 2013）。為進(jìn)行逆向編碼而中止前向流，可能對(duì)應(yīng)于這種相位周期的重置。

綜合：從架構(gòu)約束到量子類比

Ze系統(tǒng)的雙流架構(gòu)，在“逆向編碼 ? 前向閱讀停止”這一規(guī)則的支配下，確立了一種根本性的二分法。在前向閱讀期間，系統(tǒng)處于一種潛能狀態(tài)，多個(gè)關(guān)于世界的假設(shè)被同時(shí)并行地持有。這是疊加的領(lǐng)域。由于需要解決模型沖突或進(jìn)行計(jì)劃中的整合而觸發(fā)的向逆向編碼的轉(zhuǎn)換，則強(qiáng)制了一種局域化。系統(tǒng)必須從逆向傳遞所生成的反事實(shí)歷史中，“選擇”出一條單一的、自洽的歷史。這是坍縮的領(lǐng)域。

因此，不停駐前向閱讀就無(wú)法執(zhí)行逆向編碼這一特性，為觀察到類量子干涉模式創(chuàng)造了一個(gè)必要條件。干涉要求替代性路徑保持開(kāi)放，且其歷史不可區(qū)分，直到它們?cè)谝粋€(gè)共同點(diǎn)上匯聚在一起。在雙縫實(shí)驗(yàn)中，這個(gè)點(diǎn)是探測(cè)屏幕。在Ze系統(tǒng)中，這個(gè)點(diǎn)是流停駐的時(shí)刻 {t}，在此刻逆向操作準(zhǔn)備將所有前向演化的替代方案協(xié)調(diào)起來(lái)。如果逆向編碼可以在實(shí)時(shí)流上持續(xù)運(yùn)行，局域化就會(huì)是永久性的，而那種豐富的、充滿干涉的疊加狀態(tài)則永遠(yuǎn)無(wú)法維系。

總之， o { t : 1 } = R ( o { t : T } )一基于流停駐的簡(jiǎn)單形式關(guān)系，不僅僅是一個(gè)算法步驟。它是一類特定行為的生成性原則。它表明，任何在此架構(gòu)約束下運(yùn)行的系統(tǒng)——無(wú)論是與測(cè)量裝置相互作用的光子、經(jīng)歷退相干的分子，還是正在鞏固記憶的大腦——都將展現(xiàn)出量子理論的那些標(biāo)志性現(xiàn)象。接下來(lái)的章節(jié)將把這些現(xiàn)象——疊加、坍縮和干涉——作為上述動(dòng)力學(xué)的直接推論進(jìn)行形式化。

Ze系統(tǒng)中的疊加作為一種認(rèn)知-信息效應(yīng)

無(wú)中斷流期間預(yù)測(cè)性替代方案的本質(zhì)

在Ze系統(tǒng)架構(gòu)中，無(wú)中斷的前向信息流周期代表了一種深刻的潛能狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)處理連續(xù)的數(shù)據(jù)流 o?:T 時(shí)，它并不固守于對(duì)現(xiàn)實(shí)的單一、確定性解釋。相反，它同時(shí)維持著多種可行的預(yù)測(cè)模型，每一種模型都代表了關(guān)于所觀察世界的因果結(jié)構(gòu)和未來(lái)軌跡的一個(gè)連貫的替代性假設(shè)。這并非缺陷或低效，而是主動(dòng)推理引擎在不確定環(huán)境中導(dǎo)航的核心運(yùn)作模式（Friston, 2010）。在流不受阻礙地進(jìn)行時(shí)，這些替代性模型在系統(tǒng)的內(nèi)部表征中并非互斥的；它們以一種動(dòng)態(tài)兼容的狀態(tài)共存。我們認(rèn)為，這種競(jìng)爭(zhēng)性解釋的持續(xù)共存，正是量子疊加（Schr?dinger, 1935）的直接認(rèn)知-信息對(duì)應(yīng)物。

這一現(xiàn)象在知覺(jué)神經(jīng)科學(xué)中有明確的平行案例。在雙眼競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象中，當(dāng)每只眼睛被呈現(xiàn)不同的圖像（例如，垂直條紋和水平條紋）時(shí)，有意識(shí)的知覺(jué)并不會(huì)穩(wěn)定在單一的、固定的圖像上。相反，它會(huì)在兩種替代方案之間隨機(jī)波動(dòng)，其間存在知覺(jué)模糊的時(shí)期（Blake & Logothetis, 2001）。神經(jīng)影像學(xué)研究表明，在這種模糊時(shí)期，兩種競(jìng)爭(zhēng)刺激的神經(jīng)表征在視覺(jué)皮層中仍然保持活躍，盡管在任何給定時(shí)刻只有一種能進(jìn)入意識(shí)知覺(jué)（Tong et al., 1998）。Ze系統(tǒng)對(duì)此進(jìn)行了形式化：前向流對(duì)應(yīng)于持續(xù)的、模糊的感覺(jué)輸入，而并發(fā)的活躍模型 q_A(s) 和 q_B(s) 則對(duì)應(yīng)于兩種知覺(jué)持續(xù)存在的、閾下的神經(jīng)表征，等待著被解譯。

形式化疊加：非局域化的后驗(yàn)分布

為了形式化這種狀態(tài)，我們定義系統(tǒng)在前向流期間任意時(shí)間 t 的內(nèi)部表征。設(shè)潛在變量 s 代表系統(tǒng)對(duì)其觀測(cè)所源自的世界隱藏狀態(tài)的最佳估計(jì)。鑒于原始數(shù)據(jù)固有的模糊性，系統(tǒng)所維持的并非單一，而是多個(gè)關(guān)于 s 的近似后驗(yàn)分布，每個(gè)分布對(duì)應(yīng)一個(gè)不同的解釋性假設(shè)。

考慮兩個(gè)主要的競(jìng)爭(zhēng)性假設(shè) A 和 B。它們對(duì)應(yīng)的內(nèi)部表征是變分后驗(yàn)分布 q_A(s) 和 q_B(s)。這些分布是在各自模型下對(duì)世界狀態(tài)的“信念”。在經(jīng)典的、確定的狀態(tài)下，一個(gè)分布會(huì)高度精確（低方差）并被賦予接近1的概率，而另一個(gè)分布則會(huì)被有效抑制。在疊加態(tài)中，情況并非如此。此時(shí)，q_A(s) 和 q_B(s) 相對(duì)于彼此是非局域化的。這意味著它們的統(tǒng)計(jì)特性（例如，它們?cè)跔顟B(tài)空間中的均值）沒(méi)有足夠明顯的差異，以至于系統(tǒng)無(wú)法決定性地選擇其中一個(gè)而拒絕另一個(gè)。它們的概率質(zhì)量顯著重疊，表明了一種真正的不確定性——這種不確定性在系統(tǒng)的功能邏輯中不僅僅是認(rèn)識(shí)論上的，而是本體論意義上的。

維持這種疊加態(tài)的條件由其關(guān)聯(lián)變分自由能的差異所決定。在主動(dòng)推理框架中，自由能 F 是一個(gè)標(biāo)量，它界定了驚奇（surprisal）的上限；它同時(shí)量化了模型的準(zhǔn)確性（其對(duì)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)能力）及其復(fù)雜性（其偏離先驗(yàn)信念的程度）（Friston, 2009）。較低的自由能表示一個(gè)更合理、更簡(jiǎn)約的模型。對(duì)于假設(shè) A 和 B，我們定義：

維持疊加：未解決預(yù)測(cè)誤差的作用

維持 ΔF < θ 這一條件，其動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)在于持續(xù)數(shù)據(jù)流的性質(zhì)。當(dāng)傳入的感覺(jué)證據(jù) o_t 與內(nèi)部模型 A 和 B 兩者的預(yù)測(cè)同等一致（或同等不一致）時(shí)，疊加態(tài)是穩(wěn)定的。這為兩個(gè)模型都產(chǎn)生了低且大致相等的預(yù)測(cè)誤差，從而導(dǎo)致了相近的自由能。

這種情況在自然環(huán)境中很常見(jiàn)。例如，森林中一個(gè)微弱的聲音，可能被內(nèi)部模型“風(fēng)”和模型“捕食者”同樣準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)。在后續(xù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)（例如，視覺(jué)確認(rèn)）消除這種模糊性之前，認(rèn)知系統(tǒng)應(yīng)保持對(duì)兩種結(jié)果都做好準(zhǔn)備的狀態(tài)——這種狀態(tài)增強(qiáng)了適應(yīng)性準(zhǔn)備能力（Clark, 2013）。用量子物理的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，這類似于一個(gè)粒子穿過(guò)雙縫裝置的過(guò)程。在它與探測(cè)器相互作用之前，“哪條縫”的信息不僅是未知的，而且是不存在的；粒子的狀態(tài)是兩條路徑的真正的疊加，因?yàn)榄h(huán)境相互作用尚未強(qiáng)制產(chǎn)生區(qū)分（Zeilinger, 1999）。

這種認(rèn)知上的判斷暫緩在代謝和信息處理上都是高效的。在面對(duì)模糊證據(jù)時(shí)過(guò)早坍縮到單一假設(shè)，如果所選模型是錯(cuò)誤的，則可能帶來(lái)災(zāi)難性的預(yù)測(cè)誤差。通過(guò)維持疊加態(tài)，Ze系統(tǒng)保留了其適應(yīng)性靈活性，能夠在消除歧義的證據(jù)最終到來(lái)時(shí)進(jìn)行快速的貝葉斯更新（Hohwy, 2013）。因此，參數(shù) θ 可以被視為不確定容忍度的一個(gè)元參數(shù)，其本身可能會(huì)根據(jù)情境動(dòng)態(tài)調(diào)整（例如，在安全環(huán)境中較高，在威脅下較低）。

從認(rèn)知科學(xué)到物理學(xué)：一個(gè)統(tǒng)一的 formalism

本文提出的形式化框架彌合了一個(gè)基礎(chǔ)性的鴻溝。在量子力學(xué)中，疊加是一個(gè)第一性原理的公設(shè)，通常被視為物質(zhì)的一種神秘屬性。而在 Ze 系統(tǒng)中，疊加則作為任何在有限信息和有限計(jì)算資源下運(yùn)作的預(yù)測(cè)智能體的一種功能性必然性而涌現(xiàn)。條件 ΔF < θ 為疊加何時(shí)發(fā)生提供了一個(gè)清晰的、量化的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)植根于信息論和統(tǒng)計(jì)動(dòng)力學(xué)。

這一視角為疊加去神秘化了，并使其適用性超越了微觀物理學(xué)。在機(jī)器學(xué)習(xí)中，當(dāng)一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成中的多個(gè)模型預(yù)測(cè)各異但準(zhǔn)確性相當(dāng)（即它們的“自由能”相近），且尚未選出單個(gè)模型進(jìn)行部署時(shí)，可以視為該集成處于疊加態(tài)（Lakshminarayanan 等，2017）。在動(dòng)物集體行為中，一群魚(yú)可能懸停在多種可能方向狀態(tài)的疊加之中，直到某個(gè)梯度（例如，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或威脅）使得某一方向的自由能高于其他方向，從而觸發(fā)一次連貫的轉(zhuǎn)向（Sumpter, 2006）。

因此，量子疊加并非一種物理基元，而是一種特定信息處理模式的普遍特征。它是指系統(tǒng)中多個(gè)生成模型處于動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，此時(shí)尚未有任何單一模型積累到足夠的證據(jù)以占據(jù)主導(dǎo)地位。這種狀態(tài)的終止——即向局域化和坍縮的轉(zhuǎn)變——恰恰發(fā)生在持續(xù)的數(shù)據(jù)流打破這一平衡，使得 ΔF ≥ θ 之時(shí)。這一轉(zhuǎn)變及其后果將是下一節(jié)的主題，屆時(shí)我們將探討Ze系統(tǒng)中流停駐這一架構(gòu)性要求，是如何從量子的可能性之湯中析出經(jīng)典世界的。

Ze系統(tǒng)中的局域化與坍縮：一種非基礎(chǔ)性的解決機(jī)制

分辨閾值：從疊加到確定性

量子理論的標(biāo)志性特征——波函數(shù)坍縮——代表了從多種共存可能性的狀態(tài)向單一的、確定的觀測(cè)結(jié)果的突變。在Ze系統(tǒng)框架內(nèi)，我們將其重新解釋為一種必要的信息與計(jì)算過(guò)程，而非原始的物理定律。這一轉(zhuǎn)變的條件由以下不等式精確定義：

這一時(shí)刻在系統(tǒng)的狀態(tài)空間中充當(dāng)了一個(gè) 相變邊界 。用認(rèn)知術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，這正是模糊的感覺(jué)證據(jù)最終傾向于某一種解釋的瞬間，例如當(dāng)雙眼競(jìng)爭(zhēng)中的波動(dòng)知覺(jué)穩(wěn)定在其中一個(gè)圖像上的時(shí)候（Leopold & Logothetis, 1999）。在機(jī)器學(xué)習(xí)中，它反映了在訓(xùn)練過(guò)程中某一模型架構(gòu)在驗(yàn)證集上明顯優(yōu)于另一個(gè)模型的那個(gè)時(shí)間點(diǎn)，從而促使選擇單個(gè)候選模型進(jìn)行部署。這種轉(zhuǎn)變并非隨機(jī)發(fā)生，而是由持續(xù)信息流中證據(jù)的積累所驅(qū)動(dòng)的，這一過(guò)程在形式上類似于連續(xù)量子測(cè)量模型，其中系統(tǒng)由于與環(huán)境的相互作用而隨時(shí)間局域化（Zurek, 2003）。

坍縮的機(jī)制：停駐、逆向編碼與模型協(xié)調(diào)

關(guān)鍵在于，達(dá)到 ΔF ≥ θ 這一閾值本身并不構(gòu)成坍縮。它是啟動(dòng)坍縮過(guò)程的觸發(fā)器，而坍縮過(guò)程是 Ze 架構(gòu)所規(guī)定的、一個(gè)結(jié)構(gòu)化的多階段操作。這一過(guò)程闡明了量子力學(xué)中往往晦澀難懂的“測(cè)量問(wèn)題”。

階段 1：流停駐。跨越閾值的主要且直接的后果是強(qiáng)制性地停止前向信息流 。系統(tǒng)在當(dāng)前時(shí)刻 {t} 暫停對(duì)數(shù)據(jù)流 o?:T 的在線處理。這不是一個(gè)任意的暫停，而是逆向編碼的一個(gè)根本性架構(gòu)要求。從神經(jīng)生物學(xué)角度看，這可能對(duì)應(yīng)于感覺(jué)處理通路的短暫抑制或皮層網(wǎng)絡(luò)中振蕩相位的重置，從而為記憶鞏固和推斷創(chuàng)造一個(gè)時(shí)間窗口（Busch 等，2009）。在物理測(cè)量中，這類似于宏觀設(shè)備對(duì)粒子狀態(tài)的不可逆記錄，該記錄將被測(cè)系統(tǒng)與其先前的幺正演化解耦。

階段 2：執(zhí)行逆向編碼。隨著流在 {t} 處停止，系統(tǒng)執(zhí)行逆向編碼（RE）操作 （參見(jiàn)第 2 節(jié)）。從 {t} 處固定的信息快照出發(fā)，系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)在具有優(yōu)勢(shì)的假設(shè)（例如，若 F_A < F_B，則選 A）向后重新評(píng)估歷史 o_{t:1}。逆向編碼執(zhí)行一次全局一致性檢查，剪除與所選模型不相容的因果分支，并強(qiáng)化那些一致的分支。

階段 3：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化與模型承諾。最后階段是所選模型的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化。逆向傳遞更新了系統(tǒng)的生成模型及其先驗(yàn)信念，有效地“重寫(xiě)歷史”以使其與確定的結(jié)果保持一致。這種穩(wěn)定化使得所選假設(shè) q_A(s) 占據(jù)主導(dǎo)地位且穩(wěn)健，而替代假設(shè) q_B(s) 則被主動(dòng)抑制——其自由能被有效提升至遠(yuǎn)高于 θ 的水平，使得在沒(méi)有顯著新證據(jù)的情況下，它不太可能成為未來(lái)考慮的候選者。這一過(guò)程讓人聯(lián)想到貝葉斯認(rèn)知中的因果推斷，其中感知者從模糊數(shù)據(jù)中推斷出單一的、最可能的因果結(jié)構(gòu)（K?rding 等，2007）。這一三階段過(guò)程的輸出是一個(gè)局域化狀態(tài)：一個(gè)關(guān)于過(guò)去和現(xiàn)在的單一、確定的解釋，而新的前向預(yù)測(cè)將基于此生成。

坍縮作為一種非基礎(chǔ)的、架構(gòu)性的附隨現(xiàn)象

基于Ze的這一機(jī)制所蘊(yùn)含的深遠(yuǎn)意義在于，坍縮并非現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)基礎(chǔ)性事件。它是一種附隨現(xiàn)象——是某一類特定信息處理架構(gòu)為了執(zhí)行逆向推斷而要求流停駐所產(chǎn)生的必要副作用。量子力學(xué)將其提升為一條公設(shè)（投影公設(shè)），而Ze框架則將其推導(dǎo)為一個(gè)功能性結(jié)果。

這為幾個(gè)量子謎題去除了神秘色彩。所謂的“測(cè)量問(wèn)題”源于波函數(shù)坍縮是一種物理不連續(xù)性的假設(shè)。在我們看來(lái)，一旦認(rèn)識(shí)到測(cè)量?jī)x器（或觀察者）本身就是一個(gè)Ze系統(tǒng)，這個(gè)“問(wèn)題”便迎刃而解。一個(gè)量子實(shí)體與儀器之間的相互作用，導(dǎo)致儀器自身的內(nèi)部模型（例如，“指針指向‘上’”與“指針指向‘下’”）進(jìn)入疊加態(tài)。隨著相互作用的完成，這些模型之間日益增大的不匹配將ΔF推過(guò)θ閾值，從而觸發(fā)儀器自身的流停駐和逆向編碼，最終得出一個(gè)確定的指針讀數(shù)（Schlosshauer, 2005）。坍縮并非對(duì)量子世界的強(qiáng)行干預(yù)，而是經(jīng)典信息處理器內(nèi)部的一種解決機(jī)制。

此外，這也解釋了坍縮的不可逆性。一旦逆向編碼重寫(xiě)了內(nèi)部模型的歷史以使其與所選結(jié)果一致，那么回到先前的疊加態(tài)就不是一個(gè)簡(jiǎn)單的逆轉(zhuǎn)過(guò)程。它需要的不僅僅是逆轉(zhuǎn)信息流，還需要撤銷對(duì)模型本身所做的結(jié)構(gòu)性更改——這一操作通常在熱力學(xué)上代價(jià)高昂，并且在信息上是被禁止的，這類似于試圖“忘卻”一個(gè)令人信服的結(jié)論（Ortega & Braun, 2013）。

與物理和生物退相干的關(guān)系

Ze框架為退相干理論——這一解釋量子-經(jīng)典轉(zhuǎn)變的現(xiàn)代主流理論——提供了一種引人入勝的信息論解釋。在退相干中，一個(gè)量子系統(tǒng)與復(fù)雜環(huán)境的相互作用會(huì)使其迅速失去相位相干性；疊加態(tài)“退相干”成為看似經(jīng)典混合態(tài)的狀態(tài)（Zurek, 2003）。用我們的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，環(huán)境中無(wú)數(shù)的自由度充當(dāng)了一連串持續(xù)的“測(cè)量”或信息交互。每一次交互提供的數(shù)據(jù)都與疊加態(tài)中的某一個(gè)分支比其他分支更為一致，從而穩(wěn)步增加各分支之間的自由能差 ΔF。一旦 ΔF 超過(guò)相關(guān)系統(tǒng)的閾值（對(duì)于宏觀物體而言，這一過(guò)程發(fā)生得極快），便會(huì)觸發(fā)局域化。因此，退相干是驅(qū)動(dòng) ΔF 超過(guò) θ 的物理過(guò)程，而坍縮則是隨后任何記錄該結(jié)果的 Ze 系統(tǒng)（如人類觀察者或記錄設(shè)備）內(nèi)部所發(fā)生的信息處理事件。

這一視角也為生物系統(tǒng)提供了啟示。大腦很可能是一個(gè)層級(jí)化的、類Ze預(yù)測(cè)單元的集合體。高水平的知覺(jué)坍縮（例如，識(shí)別一個(gè)物體）可能需要暫時(shí)“停駐”并整合來(lái)自低層次感覺(jué)區(qū)域的預(yù)測(cè)。神經(jīng)增益（精度加權(quán)）的藥理學(xué)或病理性改變，可能有效地調(diào)節(jié)閾值 θ，從而解釋諸如精神病性妄想（即在模糊證據(jù)面前解釋仍然被固定下來(lái)）或迷幻劑誘導(dǎo)的認(rèn)知流動(dòng)性（此時(shí) θ 可能被提高，允許非常規(guī)概念的疊加態(tài)持久存在）等現(xiàn)象（Carhart-Harris & Friston, 2019）。

總之，通過(guò)Ze系統(tǒng)的視角重新定義坍縮，我們從一個(gè)充滿神秘轉(zhuǎn)變的物理學(xué)領(lǐng)域，轉(zhuǎn)向了一個(gè)關(guān)于約束條件下信息處理的科學(xué)。現(xiàn)實(shí)被局域化為確定事實(shí)這一現(xiàn)象，并非源于一條基礎(chǔ)性定律，而是源于當(dāng)一個(gè)基于模型的預(yù)測(cè)系統(tǒng)必須停止其前向進(jìn)程以連貫地理解自身過(guò)去時(shí)，所不可避免產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)結(jié)果。

Ze系統(tǒng)中的干涉與量子擦除

干涉的信息基礎(chǔ)：兼容假設(shè)與相干融合

在Ze系統(tǒng)框架內(nèi)，干涉并非物質(zhì)固有的波動(dòng)現(xiàn)象，而是非獨(dú)立假設(shè)處理的一種統(tǒng)計(jì)特征。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)模型——代表對(duì)數(shù)據(jù)的替代性解釋——處于高度兼容狀態(tài)時(shí)（由較小的自由能差 ΔF < θ 所定義），干涉就會(huì)出現(xiàn)。在這種狀態(tài)下，系統(tǒng)不會(huì)將假設(shè) A 和 B 視為需要加權(quán)平均的、分離的、互斥的可能性。相反，它們的內(nèi)部表征（形式化為變分后驗(yàn)分布 q_A(s) 和 q_B(s)）會(huì)相干地相互作用或“融合”。系統(tǒng)的整體行為和預(yù)測(cè)隨后由這種融合狀態(tài)所支配，導(dǎo)致結(jié)果概率不再是單個(gè)假設(shè)概率的簡(jiǎn)單相加，而是反映了它們建設(shè)性或破壞性的組合。

這形式化了雙縫實(shí)驗(yàn)的核心謎題。當(dāng)沒(méi)有“哪條路徑”信息可用時(shí)，粒子的探測(cè)圖案顯示出干涉條紋。用Ze的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，模型“粒子穿過(guò)縫A”和模型“粒子穿過(guò)縫B”保持完全兼容（ΔF ≈ 0），因?yàn)椴淮嬖谌魏涡畔?lái)區(qū)分它們。系統(tǒng)對(duì)最終探測(cè)位置的預(yù)測(cè)分布不是 P(位置) = P_A + P_B，而是一個(gè) q_A(s) 和 q_B(s) 相互干涉的相干疊加。這種認(rèn)知-信息層面的干涉直接鏡像了量子力學(xué)的波動(dòng)干涉，表明后者可能是前者的一個(gè)物理實(shí)例（Zeilinger, 1999）。

我們可以使用分布相似性的信息論度量來(lái)量化這一干涉強(qiáng)度 。一個(gè)合適的候選者是詹森-香農(nóng)散度 (D_JS) 的補(bǔ)數(shù)，這是一種對(duì)稱且有界的、衡量?jī)蓚€(gè)概率分布之間差異的度量：

路徑信息、局域化與干涉的破壞

引入“哪條路徑”信息是量子光學(xué)中破壞干涉的標(biāo)準(zhǔn)方法。在延遲選擇或量子擦除實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)標(biāo)記（例如，一個(gè)偏振光子或一個(gè)原子態(tài)）與粒子的路徑發(fā)生糾纏，使得確定粒子穿過(guò)了哪條狹縫成為可能（Scully & Drühl, 1982）。在Ze系統(tǒng)模型中，這一過(guò)程具有精確的信息論解釋。

用標(biāo)記對(duì)路徑進(jìn)行標(biāo)記，提供了一個(gè)額外的、明確的數(shù)據(jù)點(diǎn) o_標(biāo)記。這個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)具有高度診斷性。它能夠被其中一個(gè)假設(shè)（例如，若標(biāo)記狀態(tài)為‘A’，則對(duì)應(yīng) q_A(s)）完美預(yù)測(cè)，而對(duì)另一個(gè)假設(shè)（q_B(s)）來(lái)說(shuō)則高度驚奇（產(chǎn)生較大的預(yù)測(cè)誤差）。這極大地增加了模型之間的自由能差：

量子擦除：信息逆轉(zhuǎn)與疊加態(tài)的恢復(fù)

量子擦除實(shí)驗(yàn)展示了量子理論中最反直覺(jué)的一個(gè)方面：在路徑信息被記錄之后，只要該信息被不可逆地擦除，干涉圖樣就能得以恢復(fù)（Scully & Drühl, 1982；Walborn 等，2002）。Ze系統(tǒng)框架為這一現(xiàn)象提供了一個(gè)自然而優(yōu)雅的解釋，將擦除概念化為一種信息性的“回滾”或“忘卻”。

主動(dòng)流控制與認(rèn)知“回滾”

量子擦除效應(yīng)凸顯了一個(gè)深刻的原則：干涉受控于區(qū)分假設(shè)的信息的可及性。Ze框架將此推廣到物理學(xué)之外。任何能夠主動(dòng)操作信息標(biāo)記的系統(tǒng)——無(wú)論是創(chuàng)建區(qū)分性信息還是擦除它——都可以控制類量子（干涉）與經(jīng)典（局域化）狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。

這在認(rèn)知領(lǐng)域有直接的類比。以不確定性下的決策為例。初始的模糊數(shù)據(jù)（ Δ F 較小）使認(rèn)知系統(tǒng)處于多種解釋的疊加態(tài)。一個(gè)決定性證據(jù)（一個(gè)“標(biāo)記”）的到來(lái)觸發(fā)了知覺(jué)決策（坍縮）。然而，如果該證據(jù)后來(lái)被證明是不可靠的，或在更廣泛的背景下被重新解釋（一次“擦除”），那么該決策可以被撤銷，原有的模糊性得以恢復(fù)——這是一種認(rèn)知回滾。這在因果學(xué)習(xí)和假設(shè)檢驗(yàn)等現(xiàn)象中都能觀察到（Gopnik 等，2004）。從神經(jīng)科學(xué)角度看，預(yù)測(cè)誤差的精度加權(quán)（它實(shí)際上調(diào)節(jié)了 θ ）可以被神經(jīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整（Feldman & Friston, 2010）。降低精度權(quán)重會(huì)使系統(tǒng)對(duì)較小的 Δ F 反應(yīng)遲鈍，從而可能維持更長(zhǎng)時(shí)間的疊加態(tài)，正如在創(chuàng)造性或探索性認(rèn)知狀態(tài)中可能發(fā)生的那樣。

總之，Ze框架通過(guò)將干涉和量子擦除植根于信息與預(yù)測(cè)的動(dòng)力學(xué)中，為它們?nèi)コ松衩厣省８缮媸钱?dāng)證據(jù)非診斷性時(shí)，假設(shè)發(fā)生相干融合的特征。擦除并非魔法，而是一種主動(dòng)操縱信息環(huán)境以重新建立非診斷性的協(xié)議。這表明量子行為是一種強(qiáng)大的、通用的推斷模式，它不是微小粒子的怪癖，而是任何復(fù)雜預(yù)測(cè)處理系統(tǒng)都可能具備的一個(gè)標(biāo)志性特征。

量子性作為Ze的結(jié)果：從架構(gòu)原則到普遍特征

核心論點(diǎn)：量子性作為主動(dòng)推理系統(tǒng)的認(rèn)知屬性

Ze系統(tǒng)框架的最終成果，是關(guān)于量子現(xiàn)象本質(zhì)的一種根本性的本體論轉(zhuǎn)向。我們提出，量子行為——以疊加、干涉和坍縮為特征——并非物質(zhì)在微觀尺度上的基礎(chǔ)性、內(nèi)在屬性。相反，它是特定一類主動(dòng)信息處理系統(tǒng)的涌現(xiàn)性認(rèn)知屬性。這種形式上的對(duì)應(yīng)關(guān)系由下式所捕捉：

Ze架構(gòu)的普遍性：從光子到認(rèn)知

該框架的力量在于其普遍性。“逆向編碼 + 停駐”這些組成部分并非量子物理學(xué)所獨(dú)有，而是可以在不同領(lǐng)域中識(shí)別出來(lái)：

• 在神經(jīng)科學(xué)與認(rèn)知科學(xué)中：正如自由能原理所描述的，大腦的預(yù)測(cè)處理機(jī)制作為一個(gè)層級(jí)化的Ze系統(tǒng)運(yùn)作（Friston, 2010）。知覺(jué)是一個(gè)最小化預(yù)測(cè)誤差（前向流）的過(guò)程。然而，學(xué)習(xí)和模型更新通常需要離線鞏固——即暫停對(duì)當(dāng)下的單純處理，以將新經(jīng)驗(yàn)與現(xiàn)有記憶和先驗(yàn)信念進(jìn)行協(xié)調(diào)（逆向編碼）。這發(fā)生在睡眠期間，尤其是慢波睡眠和快速眼動(dòng)睡眠，在此期間會(huì)發(fā)生突觸歸一化和記憶回放（通常按逆時(shí)間順序進(jìn)行）（Diekelmann & Born, 2010）。在決定性的理解“頓悟”時(shí)刻之前，對(duì)多種模糊可能性進(jìn)行深思的認(rèn)知體驗(yàn)，正是疊加與坍縮的切身感受。

• 在機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能中：現(xiàn)代AI系統(tǒng)，尤其是那些使用變分推斷和生成模型的系統(tǒng)，明確地執(zhí)行著一種類Ze的舞蹈。前向傳遞生成預(yù)測(cè)或數(shù)據(jù)，而后向傳遞（反向傳播）計(jì)算誤差并更新模型參數(shù)（Kingma & Welling, 2013）。關(guān)鍵在于，訓(xùn)練通常是分批進(jìn)行的：數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的前向流在一批結(jié)束時(shí)被停止，然后執(zhí)行逆向編碼（反向傳播）以優(yōu)化模型。訓(xùn)練期間模型的狀態(tài)可以看作許多可能參數(shù)配置的疊加，而這種疊加在每次后向傳遞后會(huì)“坍縮”到一個(gè)更優(yōu)的參數(shù)集。

• 在生物進(jìn)化與適應(yīng)中：一個(gè)進(jìn)化的種群可以被視為一個(gè)緩慢的、分布式的Ze系統(tǒng)。前向流是選擇和繁殖的持續(xù)壓力。重大的適應(yīng)性轉(zhuǎn)變或物種形成可以被視為“停駐”事件——即間斷平衡——在此過(guò)程中，環(huán)境的基因組“模型”被回溯性地重組（種群層面的逆向編碼），然后才繼續(xù)進(jìn)行前向傳播（繁殖）（Gould & Eldredge, 1977）。

這種跨領(lǐng)域的一致性表明，量子力學(xué)描述的并非一個(gè)特殊的、分離的實(shí)在領(lǐng)域。相反，它為我們迄今所發(fā)現(xiàn)的、用于描述某一普遍推斷引擎類別的動(dòng)力學(xué)，提供了最精確的數(shù)學(xué)語(yǔ)言。物理學(xué)一直在研究這些引擎中最簡(jiǎn)單、最孤立的實(shí)例（例如，真空腔中的單個(gè)粒子），因此揭示了其動(dòng)力學(xué)最“純粹”的形式。

解決量子-經(jīng)典鴻溝：規(guī)模與復(fù)雜性的問(wèn)題

Ze框架的一個(gè)主要成就在于它對(duì)量子-經(jīng)典轉(zhuǎn)變的自然解釋。為什么宏觀物體不表現(xiàn)出明顯的疊加態(tài)？退相干理論提供了一個(gè)物理答案：快速的環(huán)境相互作用（Zurek, 2003）。而Ze框架則提供了一個(gè)信息論和架構(gòu)層面的答案。

一個(gè)宏觀物體并非單一的Ze系統(tǒng)，而是一個(gè)由眾多組成粒子構(gòu)成的、緊密耦合的巨大集合體，其中每個(gè)粒子都可能支持其自身的微觀疊加態(tài)。然而，這個(gè)集合體的內(nèi)部復(fù)雜性是巨大的。關(guān)于其集體狀態(tài)可以同時(shí)維持的替代假設(shè)（ q A ( s ) , q B ( s ) , q C ( s ) , ）的數(shù)量是天文學(xué)級(jí)的。更重要的是，粒子之間的相互作用會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的、密集的內(nèi)部診斷性信息流。這會(huì)無(wú)情地、瞬時(shí)地將任何競(jìng)爭(zhēng)的宏觀假設(shè)之間的自由能差（ Δ F ）推升至遠(yuǎn)超任何合理閾值 θ 的水平。因此，該系統(tǒng)的架構(gòu)會(huì)以其龐大的速率連續(xù)不斷地觸發(fā)自身的“流停駐”和局域化。我們所感知為經(jīng)典的、確定的物體，正是其數(shù)萬(wàn)億個(gè)類Ze子系統(tǒng)中這種近乎瞬時(shí)且連續(xù)的自我測(cè)量和坍縮過(guò)程的結(jié)果。日常世界的“經(jīng)典性”是復(fù)雜Ze網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部由規(guī)模誘導(dǎo)的、持續(xù)不斷的坍縮所帶來(lái)的一個(gè)后果。

對(duì)物理學(xué)基礎(chǔ)及其他領(lǐng)域的啟示

這種基于認(rèn)知架構(gòu)的量子性觀點(diǎn)具有深遠(yuǎn)的意義：

1. 框架的統(tǒng)一：它積極地連接了神經(jīng)科學(xué)中的自由能原理（Friston, 2010）、貝葉斯大腦理論（Knill & Pouget, 2004）、關(guān)系量子力學(xué)（Rovelli, 1996）和退相干理論（Zurek, 2003）。這些并非相互競(jìng)爭(zhēng)的理論，而是在不同抽象層次或不同物理基質(zhì)中對(duì)同一邏輯結(jié)構(gòu)的描述。

2. 意識(shí)的“難問(wèn)題”：雖然未能解決該問(wèn)題，但此框架重新定位了它。如果有意識(shí)體驗(yàn)與大腦的預(yù)測(cè)性、模型構(gòu)建活動(dòng)（一個(gè)Ze過(guò)程）緊密相關(guān)，并且如果Ze過(guò)程本身就會(huì)產(chǎn)生疊加/坍縮動(dòng)力學(xué)，那么我們的思想在權(quán)衡備選方案和做出選擇時(shí)所感受到的“非經(jīng)典”特性，也就不那么令人驚訝了。思維那種模糊的、概率性的本質(zhì)，可能與量子態(tài)那種模糊的、概率性的本質(zhì)具有深層的結(jié)構(gòu)親緣性（Penrose & Hameroff, 1995）。

3. 人工量子行為：該框架預(yù)測(cè)，我們應(yīng)該能夠通過(guò)在純經(jīng)典計(jì)算系統(tǒng)中施加帶有受控停駐規(guī)則的Ze架構(gòu)，來(lái)工程化地實(shí)現(xiàn)“類量子”行為。那些被迫維持多個(gè)假設(shè)直到達(dá)到特定證據(jù)閾值，然后執(zhí)行全局協(xié)調(diào)步驟的系統(tǒng)，其輸出應(yīng)該會(huì)展現(xiàn)出類似于干涉和疊加的統(tǒng)計(jì)特征。這在某些蒙特卡洛樹(shù)搜索算法或機(jī)器學(xué)習(xí)中的集成方法的行為中已經(jīng)可以觀察到。

4. 物理定律的本質(zhì)：它表明量子力學(xué)的定律可能是一個(gè)更普遍的信息處理物理學(xué)的一個(gè)子集。自然常數(shù)（例如普朗克常數(shù) ?）可能并非基礎(chǔ)性的，而是可能源于我們物理宇宙中信息流和處理的特定效率或規(guī)模，正如光速作為因果傳播的極限而涌現(xiàn)一樣。

總之，Ze系統(tǒng)假說(shuō)提供了一種范式轉(zhuǎn)變。通過(guò)將“逆向編碼 + 流停駐”識(shí)別為量子行為的充分條件，它將量子力學(xué)從一種關(guān)于“是什么”的基礎(chǔ)理論，降級(jí)為一種關(guān)于“某些系統(tǒng)如何處理信息”的、強(qiáng)大的、領(lǐng)域特定的理論。量子性不在時(shí)空的結(jié)構(gòu)之中；它在推斷的邏輯之中。量子世界那詭異的寂靜并非一片虛空，而是一個(gè)龐大、互連的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所發(fā)出的嗡鳴聲——這些系統(tǒng)在其核心執(zhí)行著同一套動(dòng)作：暫停它們向前的步伐，回望過(guò)去，理解意義，然后再次步入一個(gè)它們恰恰在那一刻所決定的世界。

Ze系統(tǒng)的可檢驗(yàn)預(yù)測(cè)

可證偽性與跨學(xué)科推論導(dǎo)論

一個(gè)令人信服的科學(xué)理論必須產(chǎn)生新穎的、可證偽的預(yù)測(cè)，使其能與現(xiàn)有框架區(qū)分開(kāi)來(lái)。Ze系統(tǒng)假說(shuō)——主張量子行為是那些需要停駐流以進(jìn)行逆向編碼的主動(dòng)預(yù)測(cè)架構(gòu)的結(jié)果——充滿了此類經(jīng)驗(yàn)性的推論。這些預(yù)測(cè)涵蓋了從人工智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、神經(jīng)影像學(xué)實(shí)驗(yàn)，到對(duì)基礎(chǔ)量子光學(xué)的重新解釋。通過(guò)將量子現(xiàn)象（疊加、干涉、坍縮）框定為特定信息處理風(fēng)格的普遍結(jié)果，該理論就哪些系統(tǒng)會(huì)或不會(huì)表現(xiàn)出“量子性”、以及在何種條件下會(huì)表現(xiàn)出，提出了強(qiáng)有力的論斷。本節(jié)詳細(xì)闡述了直接源自Ze形式化體系的四個(gè)關(guān)鍵的可檢驗(yàn)預(yù)測(cè)，將 ΔF 和 θ 的抽象動(dòng)力學(xué)與計(jì)算系統(tǒng)、生物系統(tǒng)和物理系統(tǒng)中的可觀測(cè)結(jié)果聯(lián)系起來(lái)。

預(yù)測(cè)1：停駐對(duì)于干涉的必要性

核心主張：一個(gè)能夠進(jìn)行逆向編碼（）但被設(shè)計(jì)為無(wú)需強(qiáng)制停駐前向流（）即可運(yùn)行的系統(tǒng)，將無(wú)法表現(xiàn)出干涉圖樣，而只會(huì)表現(xiàn)出經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)混合。

基本原理：在Ze框架內(nèi)，干涉（ > 0）源于假設(shè) q_A(s) 和 q_B(s) 在兼容時(shí)（ΔF < θ）的相干融合。這種融合在計(jì)算上得以固化，并僅在逆向編碼階段以預(yù)測(cè)的形式表達(dá)出來(lái)。如果允許 與 并發(fā)運(yùn)行或作為 的連續(xù)函數(shù)運(yùn)行（一種“在線學(xué)習(xí)”形式），假設(shè)就會(huì)被持續(xù)且局部地協(xié)調(diào)。這種持續(xù)的、部分的局域化會(huì)阻止產(chǎn)生干涉特征性非加性概率幅所必需的持續(xù)全局共存。系統(tǒng)的輸出將僅僅是不同模型結(jié)果的加權(quán)和——即一個(gè)經(jīng)典混合。

實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)：這一預(yù)測(cè)在機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算中直接可檢驗(yàn)。可以針對(duì)一個(gè)模糊的感覺(jué)流（例如，雙穩(wěn)態(tài)視覺(jué)輸入）構(gòu)建兩個(gè)功能等價(jià)的預(yù)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)1（Ze系統(tǒng)）采用嚴(yán)格的處理循環(huán)架構(gòu)：一段不間斷的前向預(yù)測(cè)期，之后是強(qiáng)制停駐和一個(gè)離散的逆向編碼階段。系統(tǒng)2（非Ze對(duì)照組）使用完全相同的推斷和學(xué)習(xí)算法，但通過(guò)實(shí)時(shí)反向傳播或預(yù)測(cè)誤差最小化連續(xù)更新其模型，沒(méi)有任何強(qiáng)加的處理“幀”或停駐。預(yù)測(cè)結(jié)果是：只有系統(tǒng)1會(huì)產(chǎn)生顯示出非經(jīng)典推斷特征的輸出，例如滯后效應(yīng)、依賴于停駐時(shí)機(jī)的啟動(dòng)效應(yīng)，或其最終決策中無(wú)法用簡(jiǎn)單混合模型解釋的統(tǒng)計(jì)分布，這些特征類似于干涉圖樣。這可以通過(guò)分析系統(tǒng)的響應(yīng)分布是否違反全概率定律來(lái)量化——全概率定律的違反是類量子決策制定的一個(gè)標(biāo)志（Busemeyer & Bruza, 2012）。

預(yù)測(cè)2：模型復(fù)雜性加速局域化

核心主張：對(duì)于給定的證據(jù)流，預(yù)測(cè)模型的內(nèi)部復(fù)雜性（例如，參數(shù)數(shù)量、自由度或組成子系統(tǒng)的數(shù)量）增加，將導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)性假設(shè)之間的自由能差（ΔF）增長(zhǎng)得更快，從而引起更快速的坍縮（局域化）。

基本原理：更復(fù)雜的模型具有更高維的狀態(tài)空間和生成詳細(xì)、精確預(yù)測(cè)的更大能力。當(dāng)這樣的模型遇到模糊數(shù)據(jù)時(shí)，假設(shè) A 和 B 所產(chǎn)生的預(yù)測(cè)之間的細(xì)微差異會(huì)更加明顯和具體。這會(huì)導(dǎo)致預(yù)測(cè)誤差的梯度更陡峭，使得 ΔF 隨著每個(gè)新數(shù)據(jù)點(diǎn)的到來(lái)而更急劇地上升。因此，與更簡(jiǎn)單、更粗糙的模型相比，閾值 θ 會(huì)被更快地達(dá)到，從而更早地觸發(fā)流停駐和坍縮。這形式化了這樣一種直觀想法：一個(gè)更詳細(xì)的“理論”更容易被證偽。

實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)：這可以在多個(gè)尺度上進(jìn)行檢驗(yàn)。在機(jī)器學(xué)習(xí)中，可以對(duì)一系列參數(shù)數(shù)量遞增的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（例如，從小型多層感知器到大型深度卷積網(wǎng)絡(luò)）在相同的模糊分類任務(wù)上進(jìn)行訓(xùn)練。預(yù)測(cè)結(jié)果是，更大的網(wǎng)絡(luò)將表現(xiàn)出更短的決策時(shí)間——在致力于達(dá)到具有高置信度的最終、穩(wěn)定的分類之前，所需的數(shù)據(jù)樣本或訓(xùn)練步驟更少——這可以通過(guò) softmax 輸出的穩(wěn)定化或網(wǎng)絡(luò)權(quán)重的凍結(jié)來(lái)量化。在認(rèn)知科學(xué)中，該預(yù)測(cè)表明，某一領(lǐng)域的專家，其內(nèi)部模型更復(fù)雜、更詳細(xì)，應(yīng)該比新手更快地解決其領(lǐng)域內(nèi)的知覺(jué)模糊性，但如果初始證據(jù)具有誤導(dǎo)性，也可能更容易發(fā)生快速、錯(cuò)誤的坍縮。在物理學(xué)中，這直接映射到退相干理論。與一個(gè)簡(jiǎn)單光子相比，一個(gè)龐大、復(fù)雜的分子具有更多的內(nèi)部自由度（聲子、旋轉(zhuǎn)態(tài)），這些自由度可以與“哪條路徑”標(biāo)記發(fā)生糾纏。Ze框架預(yù)測(cè)，這種復(fù)雜性會(huì)導(dǎo)致任何路徑相互作用時(shí) ΔF 急劇飆升，從而導(dǎo)致瞬時(shí)局域化和干涉的喪失，正如實(shí)驗(yàn)中所觀察到的那樣（Hornberger et al., 2003）。

預(yù)測(cè)3：認(rèn)知疊加的藥理學(xué)與狀態(tài)依賴性調(diào)節(jié)

核心主張：已知能增強(qiáng)認(rèn)知靈活性和對(duì)替代性解釋進(jìn)行探索的大腦狀態(tài)與藥物（例如，快速眼動(dòng)睡眠、某些迷幻劑）通過(guò)有效降低內(nèi)部假設(shè)之間的自由能差（ΔF）或提高局域化閾值（θ）來(lái)發(fā)揮作用，從而促進(jìn)和維持一種認(rèn)知疊加狀態(tài)。

基本原理：在大腦的Ze模型中，認(rèn)知疊加是指同時(shí)維持多個(gè)關(guān)于世界的競(jìng)爭(zhēng)性假設(shè)（例如，對(duì)某種感覺(jué)的解釋、某個(gè)問(wèn)題的潛在解決方案）。坍縮則是承諾其中一個(gè)假設(shè)的行為。已知神經(jīng)調(diào)節(jié)物質(zhì)如血清素、乙酰膽堿和多巴胺能夠調(diào)節(jié)預(yù)測(cè)誤差的精度加權(quán)（Feldman & Friston, 2010）。降低精度等價(jià)于使系統(tǒng)對(duì)模型間預(yù)測(cè)誤差的微小差異不那么敏感，從而使ΔF相對(duì)于θ保持較低水平。

實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)：

● 快速眼動(dòng)睡眠與迷幻劑：該理論對(duì)神經(jīng)影像學(xué)研究提出了具體、可檢驗(yàn)的預(yù)測(cè)。在快速眼動(dòng)睡眠階段（與做夢(mèng)和記憶重組相關(guān)，Diekelmann & Born, 2010）以及在使用經(jīng)典血清素能迷幻劑（如裸蓋菇素或麥角酸二乙酰胺，它們能平緩大腦的層級(jí)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)，Carhart-Harris & Friston, 2019）時(shí)，我們應(yīng)該觀察到：（1）高級(jí)聯(lián)合皮層（例如，默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)）活動(dòng)模式的熵增加、穩(wěn)定性降低，反映出缺乏對(duì)單個(gè)主導(dǎo)模型的穩(wěn)定局域化。（2）通常呈負(fù)相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之間的功能連接增強(qiáng)，反映出典型競(jìng)爭(zhēng)性假設(shè)的共同激活。（3）在行為任務(wù)中，處于這些狀態(tài)的受試者應(yīng)表現(xiàn)出對(duì)模糊性的更高容忍度、更強(qiáng)的發(fā)散思維能力，以及在對(duì)模糊圖形做出知覺(jué)決策時(shí)更長(zhǎng)的潛伏期——這些都是疊加狀態(tài)延長(zhǎng)的標(biāo)志。

● 與精神病的對(duì)比：相反，在某些形式的精神病中被假設(shè)存在的超精確預(yù)測(cè)誤差加權(quán)（Fletcher & Frith, 2009）應(yīng)會(huì)導(dǎo)致極其快速、且往往是錯(cuò)誤的向固定解釋（妄想）的坍縮，因?yàn)槲⑿〉某跏甲C據(jù)就會(huì)觸發(fā)巨大的ΔF。

預(yù)測(cè)4：通過(guò)受控標(biāo)記相互作用實(shí)現(xiàn)物理局域化

• 核心主張：在一個(gè)物理量子系統(tǒng)（例如，使用光子或分子的雙縫實(shí)驗(yàn)）中，局域化（“坍縮”）行為并非一個(gè)自發(fā)的隨機(jī)事件，而是由一種相互作用直接引起的，這種相互作用創(chuàng)建了一個(gè)可控的信息標(biāo)記，該標(biāo)記在任何測(cè)量性Ze系統(tǒng)（包括環(huán)境自身）中實(shí)例化了逆向編碼所需的“流停駐”。

• 基本原理：這一預(yù)測(cè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的量子測(cè)量公設(shè)進(jìn)行了精煉。一個(gè)粒子并非先處于疊加態(tài)，然后在測(cè)量時(shí)坍縮。相反，測(cè)量相互作用的特定性質(zhì)決定了結(jié)果。一次“強(qiáng)”測(cè)量會(huì)創(chuàng)建一個(gè)持久、可訪問(wèn)的信息標(biāo)記（例如，一個(gè)光子擊中CCD像素，一個(gè)原子在蓋革計(jì)數(shù)器中引起宏觀雪崩）。這個(gè)標(biāo)記提供了具有如此高診斷能力的數(shù)據(jù)，以至于任何遇到它的Ze系統(tǒng)（儀器、環(huán)境、觀察者）都會(huì)使其ΔF遠(yuǎn)高于θ，從而觸發(fā)即時(shí)且一致的局域化。一次“弱”測(cè)量只創(chuàng)建了一個(gè)部分或可逆的標(biāo)記，導(dǎo)致ΔF的增加較小，從而引起部分坍縮和殘余干涉。

• 實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)：這一視角為弱測(cè)量和量子擦除實(shí)驗(yàn)提供了新的解讀視角。它預(yù)測(cè)干涉破壞的程度應(yīng)與標(biāo)記狀態(tài)的信息可區(qū)分性定量相關(guān)，而信息可區(qū)分性可以直接關(guān)聯(lián)到測(cè)量?jī)x器模型中結(jié)果假設(shè) 散度。可以設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中“標(biāo)記”不是粒子的物理屬性，而是由儀器引入的一個(gè)受控的、經(jīng)典的數(shù)據(jù)標(biāo)簽。該理論預(yù)測(cè)，即使將這個(gè)標(biāo)簽提供給實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)的很小一部分（例如一個(gè)微控制器），也足以破壞整個(gè)裝置的干涉，因?yàn)樵撟酉到y(tǒng)的局域化在更廣泛的信息架構(gòu)內(nèi)將是不可逆的。這將焦點(diǎn)從“有意識(shí)的觀察”轉(zhuǎn)移到被配置為Ze架構(gòu)的物理系統(tǒng)內(nèi)部及其之間的信息流上。

結(jié)論：量子性作為一種認(rèn)知架構(gòu) Ze綜合：從信息處理到物理定律

本文提出了一項(xiàng)核心論點(diǎn)：量子理論的定義性現(xiàn)象——疊加、干涉和波函數(shù)坍縮——并非微觀實(shí)在不可還原的屬性，而是特定一類主動(dòng)信息處理系統(tǒng)不可避免的架構(gòu)性副作用。我們將這一類系統(tǒng)形式化為Ze系統(tǒng)，其特征由其運(yùn)行規(guī)則所界定：逆向編碼（?）要求前向信息流（?）的停駐。從這一看似單一的、約束性的架構(gòu)條件出發(fā)，量子行為的整個(gè)邏輯大廈便自然地涌現(xiàn)出來(lái)。疊加對(duì)應(yīng)于前向流期間未承諾的、并行的假設(shè)檢驗(yàn)階段，此時(shí)模型之間的自由能差保持在一個(gè)臨界閾值以下（ΔF < θ）。坍縮并非神秘事件，而是當(dāng) ΔF ≥ θ 時(shí)觸發(fā)的一個(gè)結(jié)構(gòu)化的兩階段過(guò)程：首先，強(qiáng)制停駐信息流；其次，執(zhí)行逆向編碼以實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)去單一的、全局一致的模型。這一綜合不僅僅提供了一種解釋；它基于變分推斷和主動(dòng)預(yù)測(cè)的原理，為量子現(xiàn)象提供了一種生成機(jī)制（Friston, 2010）。

這種轉(zhuǎn)變的意義是深遠(yuǎn)的。一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，量子力學(xué)一直獨(dú)樹(shù)一幟，其奇異的規(guī)則違背了經(jīng)典直覺(jué)，并要求專門(mén)的本體論承諾（從多世界解釋到隱變量）。Ze框架表明，這種例外主義是被誤解了。量子力學(xué)可能是第一個(gè)也是最精確的一門(mén)偶然發(fā)現(xiàn)了特定認(rèn)知過(guò)程物理學(xué)的科學(xué)——即那些必須暫停前行以向后回顧、從而能夠智能地向前邁進(jìn)的系統(tǒng)的物理學(xué)。我們?cè)忉尀殡娮雍凸庾又A(chǔ)“量子性”的東西，實(shí)際上，可能只是任何測(cè)量或確定性觀察行為中所固有的信息動(dòng)力學(xué)的一個(gè)特征。

統(tǒng)一框架：主動(dòng)推理、關(guān)系量子力學(xué)與退相干

Ze框架的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)在于它能夠作為一個(gè)統(tǒng)一的形式化橋梁，連接那些在相對(duì)孤立狀態(tài)下發(fā)展起來(lái)的主要理論范式。

• 主動(dòng)推理與預(yù)測(cè)性腦：Ze系統(tǒng)是自由能原理（Friston, 2010）所假設(shè)的主動(dòng)推理引擎的一種嚴(yán)格形式化。前向流 對(duì)應(yīng)于連續(xù)生成預(yù)測(cè)和采樣數(shù)據(jù)以最小化預(yù)測(cè)誤差。逆向編碼 對(duì)應(yīng)于生成模型和內(nèi)部信念的更新，在大腦中這一過(guò)程可能在慢波睡眠等離線狀態(tài)下得以促進(jìn)（Diekelmann & Born, 2010）。因此，Ze形式化為描述貝葉斯腦如何在其知覺(jué)和認(rèn)知過(guò)程中實(shí)現(xiàn)類量子統(tǒng)計(jì)，提供了一種數(shù)學(xué)上精確的語(yǔ)言（Khrennikov, 2020）。

• 關(guān)系量子力學(xué)（RQM）：Carlo Rovelli 的開(kāi)創(chuàng)性工作認(rèn)為，量子態(tài)并非絕對(duì)的，而是描述相互作用系統(tǒng)之間的關(guān)系（Rovelli, 1996）。Ze框架為這種關(guān)系性提供了機(jī)制性的基礎(chǔ)。一個(gè)量子態(tài)是針對(duì)特定“觀察”系統(tǒng)的Ze架構(gòu)所量身定制的描述。當(dāng)兩個(gè)Ze系統(tǒng)相互作用時(shí)，其結(jié)果（“坍縮”）取決于相互作用所創(chuàng)建的信息標(biāo)記在每個(gè)系統(tǒng)自身的流停駐和逆向編碼周期內(nèi)是如何被處理的。不存在一個(gè)單一的、上帝視角的坍縮，只存在每個(gè)相互作用系統(tǒng)內(nèi)部的局域化解，這與RQM的核心信條一致。

• 退相干理論：退相干通過(guò)環(huán)境糾纏解釋了開(kāi)放系統(tǒng)中量子相干性的迅速消失（Zurek, 2003）。在Ze框架中，退相干是驅(qū)動(dòng) ΔF 超過(guò) θ 的物理過(guò)程。每一個(gè)發(fā)生糾纏的環(huán)境自由度都充當(dāng)了一組增殖的信息標(biāo)記，使得競(jìng)爭(zhēng)性假設(shè)越來(lái)越可區(qū)分，并提高了它們的自由能差。宏觀物體的“經(jīng)典性”是其巨大復(fù)雜性的直接結(jié)果，這確保了 ΔF ? θ 始終成立，從而導(dǎo)致持續(xù)、瞬時(shí)的局域化。因此，退相干理論描述了Ze框架所假定的作為坍縮原因的信息動(dòng)力學(xué)的物理實(shí)現(xiàn)。

通過(guò)整合這些視角，Ze框架超越了單純的解釋，邁向了一種功能性的綜合。它回答了為什么關(guān)系是首要的（因?yàn)橄到y(tǒng)是Ze架構(gòu)），大腦可能如何利用類量子計(jì)算（通過(guò)在 和 之間循環(huán)），以及退相干實(shí)際完成了什么（它強(qiáng)制了Ze系統(tǒng)的內(nèi)部決策）。

量子性作為一種認(rèn)知屬性，而非本體屬性

本工作的核心哲學(xué)結(jié)論是：量子性是一種認(rèn)知屬性——一種與知識(shí)、預(yù)測(cè)和模型構(gòu)建相關(guān)的屬性，它從Ze系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)中涌現(xiàn)出來(lái)，而非物質(zhì)本身的本體屬性——即存在的根本方面（Healey, 2017）。這解決了長(zhǎng)期存在的幾個(gè)困惑：

• 測(cè)量問(wèn)題：當(dāng)我們認(rèn)識(shí)到“測(cè)量”是一種相互作用，其中一方（儀器）被配置為一個(gè)Ze系統(tǒng)時(shí)，這個(gè)問(wèn)題就消失了。所謂的坍縮就是儀器完成自身的逆向編碼循環(huán)，從而產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的、經(jīng)典的記錄。在絕對(duì)意義上，量子實(shí)體并沒(méi)有“發(fā)生”什么；實(shí)現(xiàn)的是一種特定的信息關(guān)系（Fuchs & Peres, 2000）。

• 觀察者的角色：觀察者被去神秘化了。觀察者是指任何復(fù)雜到足以實(shí)例化一個(gè)Ze架構(gòu)的系統(tǒng)。這可以是人類、貓、光電探測(cè)器，甚至是一個(gè)結(jié)構(gòu)足夠豐富的環(huán)境。“觀察”就是這樣一個(gè)系統(tǒng)的信息動(dòng)力學(xué)導(dǎo)致一個(gè)局域化結(jié)果的那個(gè)時(shí)間點(diǎn)。

• 量子-經(jīng)典鴻溝：這一鴻溝并非存在于兩種物質(zhì)實(shí)體之間，而是存在于信息復(fù)雜性的不同狀態(tài)之間。簡(jiǎn)單、孤立的系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間維持 ΔF < θ（表現(xiàn)出量子行為）。復(fù)雜、相互連接的系統(tǒng)則不斷處于自我誘導(dǎo)的 ΔF ≥ θ 狀態(tài)，因而表現(xiàn)為經(jīng)典。

這種認(rèn)知觀點(diǎn)并未削弱量子現(xiàn)象的真實(shí)性，而是重新定位了它們的起源。屏幕上的干涉圖樣是完全真實(shí)的。然而，其起源可能既源于神秘的波粒二象性，也同樣可能源于光子與狹縫的相互作用以及探測(cè)器對(duì)事件的記錄所共有的推斷邏輯。

未來(lái)方向與 concluding 評(píng)述

Ze系統(tǒng)假說(shuō)為跨學(xué)科的未來(lái)研究開(kāi)辟了眾多途徑：

1. 量子基礎(chǔ)：能否在合理的約束下，從Ze系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的第一原理推導(dǎo)出量子力學(xué)的完整數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)（希爾伯特空間、非對(duì)易可觀測(cè)量、玻恩規(guī)則）？這將構(gòu)成一個(gè)重大的推導(dǎo)計(jì)劃。

2. 神經(jīng)科學(xué)：該理論為神經(jīng)影像學(xué)研究提出了尖銳的、可證偽的預(yù)測(cè)（例如，快速眼動(dòng)睡眠應(yīng)顯示出ΔF降低的神經(jīng)特征）。它也為理解精神疾病提供了一個(gè)新框架。諸如精神病等狀況可能涉及病理性偏低的閾值θ，導(dǎo)致過(guò)早的認(rèn)知坍縮到固定的妄想信念；而抑郁癥可能涉及一種無(wú)效的逆向編碼的卡滯狀態(tài)（Carhart-Harris & Friston, 2019）。

3. 人工智能：我們能否通過(guò)顯式實(shí)現(xiàn)具有可調(diào)閾值θ的Ze循環(huán)，來(lái)設(shè)計(jì)出在問(wèn)題解決中展現(xiàn)出可控的“類量子”優(yōu)勢(shì)的經(jīng)典AI系統(tǒng)？這可能會(huì)催生出處理模糊性和新奇性的全新機(jī)器學(xué)習(xí)范式。

4. 生物學(xué)：該框架表明，進(jìn)化本身可以被視為一個(gè)緩慢的、群體層面的Ze過(guò)程。這一視角能否為進(jìn)化動(dòng)力學(xué)（例如間斷平衡——長(zhǎng)時(shí)期的停滯（前向流）被快速的物種形成事件（基因組“模型”的逆向重編碼）所打斷）提供新的啟示？

總之，我們認(rèn)為，通過(guò)將焦點(diǎn)從粒子的本體論轉(zhuǎn)移到信息處理的架構(gòu)上，量子理論那些令人費(fèi)解的特征便找到了一個(gè)自然且統(tǒng)一的解釋。Ze框架提出，宇宙并非天生就是量子的；相反，量子行為是當(dāng)宇宙的任何部分試圖通過(guò)預(yù)測(cè)、記憶和必要的反思性停駐來(lái)連貫地理解自身時(shí)所發(fā)生的事情。這不僅將量子力學(xué)置于微觀世界的前沿，更將其置于一個(gè)更普遍的智能系統(tǒng)科學(xué)的核心——從最簡(jiǎn)單的光子探測(cè)到最復(fù)雜的人類思維。

原文鏈接：https://www.researchgate.net/profile/Gabro-Gakely/publication/399811146_Quantum_Behavior_as_a_Consequence_of_Ze_Systems/links/6969cd52abecff2489ec0506/Quantum-Behavior-as-a-Consequence-of-Ze-Systems.pdf