第二十八章 信息生命体（八） (第1/1页)

6.非生命物理系统

到目前为止，我们主要讨论的都是生物学的例子，但为了进一步实现理解生物集群独有特征的目标，我们还必须理解所关心这些特性在非生命系统中出现在哪里。例如，有些非生命的、纯物理系统允许我们在没有生物组织的情况下研究可控性。引力体（Gravitating bodies）、范德瓦尔斯气体（Van der Waals gases）和自旋玻璃（spin glasses）都是潜在作为纯物理复杂系统的例子。不幸的是，这些系统中的绝大多数从未进行过任何形式的可控性分析，因为几乎没有控制它们的实际需求。耦合量子系统是个例外，由于量子计算的潜力人们对其可控性进行了严格的核查。

尽管对量子系统可控性的全面回顾超出了本文的范围，但值得指出一些与网络可控性相关比较突出的结果。最值得注意的是，许多耦合的量子系统只需通过操纵一个或两个量子比特就可以实现完全可控性，其作用类似于网络控制理论中的驱动节点。若通过使用某种形式的外部控制可以访问整个希尔伯特空间，那么一个量子系统就被称为是完全可控的（Schirmer et al. 2003）。

给定足够的外部控制量，任何系统都应该是完全可控的。例如如果可以控制一个系统每个单独的自旋，那么一个耦合的自旋-1/2粒子链将是在极其精细下完全可控的。更有趣是，为了完全控制系统，量子系统需要的最小外部控制是什么，这与Liu 等人（2011）等人在网络可控性方面提出的问题一样，答案也惊人的相似。具体来说，Burgarth 等人（2009）研究了一种通过各向同性海森堡型（isotropic Heisenberg-type）相互作用耦合在一起自旋为-1/2的粒子链的完全可控性条件，发现通过两个非对易（non-muting）的外部控制对链末端单个节点的状态，就足以对网络实现完全可控性。

类似地，在具有XY型相互作用的海森堡型自旋链中（Z自旋分量之间没有耦合），只需操纵单个位点及与邻近位点的相互作用就可以实现完全可控性（Schirmer et al. 2008；Kay & Pemberton-Ross 2010）。然而也并非所有自旋链系统都如此容易控制。例如，伊辛型（Ising-type）的相互作用需要对每个局部自旋进行控制才能实现完全可控（Wang et al. 2016）。事实

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