2、计算领域的探索：从基础概念到具身计算

计算领域的探索：从基础概念到具身计算

1. 计算中的自然现象与理念

在计算领域，噪声、不准确、不完美、故障、不确定性以及其他与理想化模型的偏差是不可避免的。与其试图完全消除它们（这会增加成本和降低效率），我们应将这些不可避免的物理现象视为免费可变性的来源，可用于计算目的，例如摆脱死锁、探索和实现非确定性。自然计算，即自然界中的计算过程，为我们提供了利用这种免费可变性的方法，因为在自然界中噪声和错误是不可避免的，而不完美的生命系统已经进化到能在这些情况下生存。

2. 通用计算的探索

为了开发未来的替代计算模型，我们需要“跳出布尔框”思考，探索计算概念的范围和边界。这主要从信息表示和信息处理的动态过程两方面进行考虑。

2.1 信息表示的拓扑结构

Rolf Landauer提出“信息是物理的”，提醒我们信息必须体现在物理现实中，因此信息并非独立于物理属性和限制。为了探索信息的物理本质，我们可以使用亚里士多德的形式与质料的区分（质型论）。形式是底层介质或基质的可辨别或可区分的排列或结构，质料则是物理物质或能量。形式和质料是相对的术语，形式指用于表示信息的物理属性，质料指与信息表示无关的物理属性。信息虽然必须在物理基质中实例化，但作为信息本身，它独立于质料，只存在于形式中。

大多数物质基质具有大量的物理属性和自由度，只有部分用于表示信息。因此，区分信息承载自由度（IBDF）和非信息承载自由度（NIBDF）是很有用的。例如，在一个简单的电容实现的比特中，如果所有自由电子都在电容的一个极板上，它表示0；如果在另一个极板上，表示1，这就是IBDF；而电子在极板内的位置和速度是NIBDF，因为它们与表示0或1无关。

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