综述：用量子信息理论方法解决意识难题

本文聚焦意识难题，指出经典功能主义解释意识存在困境。提出用量子信息理论解决此问题，将主观意识状态与大脑中不可观测的量子态向量相联系，且量子特性无法被经典物理设备复制，为理解意识提供新视角。文章发表在《BioSystems》上。

　　

引言

我们通过意识体验感知世界，意识（consciousness）是主观、私人的第一人称视角，等同于心灵（mind）和体验（experience）。大脑由神经元（neurons）构成神经网络（neural networks），与意识密切相关。大脑能处理经典香农信息，但这属于意识的 “简单问题”，真正的 “难题” 是解释大脑神经元为何会产生意识体验。本文将用量子信息理论解决这一难题，认为意识是量子物理现实的基本要素，同时强调量子特性无法被经典系统复制。

功能主义与还原论的比较

解决心脑问题有两种理论物理方法，即功能主义和还原论，二者的区别在于描述物理现实的方程中是否直接包含意识体验。功能主义认为大脑神经网络产生意识体验，不同形式的功能主义提出不同的计算 “功能” 来解释意识产生；而还原论则从其他角度来阐释意识与物理现实的关系，后续会详细讨论不同类型的功能主义和还原论。

经典力学与量子力学的比较

在探讨用量子还原方法解决意识难题前，需了解经典物理和量子物理的主要原理。为便于比较，我们聚焦非相对论领域，对比哈密顿经典力学和哈密顿量子力学，明确二者的重要差异，这对理解后续内容至关重要。

经典功能主义

经典功能主义主张大脑神经网络产生意识体验。然而，基于经典物理的数学结构可证明，大脑产生的任何意识体验必然是因果无效的。也就是说，在经典物理框架下，即使大脑执行了特定功能产生了意识体验，这种意识体验也无法对物理系统的因果关系产生实质性影响，这使得经典功能主义在解释意识难题时面临困境。

量子功能主义

若在意识理论中引入量子物理却仍坚持功能主义，是没有意义的。假设量子粒子无意识，仅在特殊情况下产生意识体验，这又回到了意识难题，即需要解释为何在这些特殊情况下会产生意识体验。而且，这种基于量子物理的功能主义面临的意识难题与经典功能主义略有不同。

结论

功能主义意识理论不能简单认为意识是大脑的功能，因为全身麻醉时大脑会暂时失去意识。认为意识体验可根据大脑执行的功能 “开启” 或 “关闭”，这与描述物理系统时间动态的微分方程的数学属性相冲突。用量子信息理论将主观意识状态与大脑中不可观测的量子态向量相联系，能避免意识涌现论的缺陷，为解决意识难题提供新途径，也为意识进化、自由选择后果及道德责任起源等研究带来新思考。