分層采油的量子糾纏霍爾效應(yīng)及其哲學(xué)拓展

付 亞 榮

(中國石油華北油田第五采油廠， 河北 辛集 052360)

分層采油的量子糾纏霍爾效應(yīng)及其哲學(xué)拓展

付 亞 榮

(中國石油華北油田第五采油廠， 河北 辛集 052360)

量子糾纏的奇妙特性為科技哲學(xué)提供了本質(zhì)的基本形態(tài)與整體關(guān)聯(lián)的最優(yōu)解釋，反映了分層采油的量子相干性、或然性和空間非定域性。油層糾纏的量子貓態(tài)存在經(jīng)典油藏描述無法解釋的關(guān)聯(lián)?？紤]囚禁在多個(gè)壓力系統(tǒng)的量子糾纏和量子關(guān)聯(lián)貓態(tài)，從分層采油量子糾纏構(gòu)建認(rèn)識、特征關(guān)聯(lián)、哲學(xué)拓展等方面說明，分層采油成功的幾率不僅依賴參數(shù)，還依賴于所用分層采油的方法。油層貓態(tài)糾纏度反映了分層采油整體固有的量子糾纏特征。為油藏工程、采油工程實(shí)施分層采油認(rèn)知思維活動提供了嶄新的認(rèn)識論與方法論。

分層采油； 量子糾纏； 霍爾效應(yīng)； 哲學(xué)拓展

從佯謬到科學(xué)事實(shí)的量子糾纏[1]，實(shí)體關(guān)聯(lián)是其本質(zhì)所在，反映了量子相干性、或然性和空間非定域性[2]。薛定諤的貓態(tài)與疊加有關(guān)，貓態(tài)糾纏為一純態(tài)復(fù)合系統(tǒng)，其試圖將微觀不確定性變?yōu)楹暧^不確定性，將微觀的迷惑變?yōu)楹暧^的佯謬[3]。如果不能寫成子系統(tǒng)純態(tài)的直積則為糾纏態(tài)[4]。分層采油油藏油層間存在的孔隙度、滲透率、飽和度、壓力系數(shù)[5]等體系差異，為形成分層采油多個(gè)壓力系統(tǒng)[6]糾纏的貓態(tài)提供了基礎(chǔ)，存在經(jīng)典油藏描述無法解釋的關(guān)聯(lián)；但兩兩或多個(gè)油層系統(tǒng)即使不處于糾纏態(tài)，油層間也可以存在量子discord關(guān)聯(lián)[7]，涵蓋了油層內(nèi)所有的量子糾纏。量子糾纏與量子關(guān)聯(lián)在不同油層的孔隙度、滲透率、飽和度、壓力系數(shù)等體系中的動力學(xué)演化以及在分層開采領(lǐng)域產(chǎn)生的作用將越來越受到人們的關(guān)注。隨著油藏開發(fā)的深入，油層中參數(shù)將發(fā)生變化[8]?？紤]囚禁在多個(gè)壓力系統(tǒng)的量子糾纏和量子關(guān)聯(lián)貓態(tài)，或許有助于油層間動力學(xué)演化隨開采時(shí)間的劃分，使分層開采層段的標(biāo)注趨于科學(xué)合理化，為分層采油認(rèn)知思維活動提供了嶄新的認(rèn)識論，具有重要的理論意義與現(xiàn)實(shí)意義。

1 分層采油量子糾纏構(gòu)建認(rèn)識

對2個(gè)油層而言，如果描述它的量子態(tài)不能寫成2部分的直積，那么這2個(gè)油層呈糾纏態(tài)。

式中： |φ〉 —— 油層的量子態(tài)；

|φ1〉…|φn〉 —— 油層1～n個(gè)子系統(tǒng)；

ρm—— 油層1～n個(gè)子系統(tǒng)自在的基本屬性族。

但油層糾纏的程度是可以度量的，糾纏量處于 0 和 1 之間[9]，油層間4個(gè)貝爾態(tài)的最大糾纏量為：

當(dāng)不同壓力等級的油層被封隔器分開后，分層采油體系建立[10]，油層內(nèi)部孔隙之間形成新的貓態(tài)與疊加。習(xí)慣上，以|i〉或|j〉來表征|i〉?|j〉，完備的基矢由4個(gè)貝爾態(tài)相互正交組成。

對于糾纏的任意油層復(fù)合量子態(tài)|φ〉，如果控制某一油層的壓力水平，量子復(fù)合態(tài)油層將出現(xiàn)隨機(jī)的坍縮，瞬間將決定另一油層壓力水平狀態(tài)發(fā)生了變化，實(shí)現(xiàn)了油層間信息的貓態(tài)傳遞，為分層開采提供了可能。

2 分層采油量子糾纏的特征關(guān)聯(lián)

縱向上由2個(gè)或多個(gè)相同油層組成的復(fù)合體系，如果其初始動量為零，油層間無相互干擾和作用，分層采油也就失去了意義，2油層的波函數(shù)[13]：

|φ12〉(x1，x2)≠|(zhì)φ1〉(x1)|φ2〉(x2)

實(shí)事上不存在物理性質(zhì)完全相同的油層，這說明油層間實(shí)質(zhì)上存在糾纏態(tài)。量子霍爾效應(yīng)和相關(guān)拓樸量子計(jì)算試圖從三維或四維空間，在微觀和宏觀上解決《周易》中的“上古結(jié)繩而治，后世易之以書契”的問題[14]。分層采油就是想從空間上弄清或解析相互糾纏油層各自的“結(jié)繩”能力。表征油層參數(shù)的關(guān)聯(lián)函數(shù)必須滿足1個(gè)約束條件，即必須滿足由經(jīng)典概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律得到的貝爾不等式。

|Pxy-Pyz|≤1+Pxy

2個(gè)油層Alice和Bob在空間上是分開的，存在一定的距離。Alice和Bob之間用封隔器分開是分層采油的必要條件。假設(shè)Alice油層擁有量子比特a和A，Bob油層擁有量子比特b和B；a和b的糾纏貓態(tài)為：

如果油層Alice和Bob利用φab〉對A和B進(jìn)行如下的量子(分層采油)操作：

這種量子(分層采油)操作成功的幾率不僅依賴參數(shù)α和θ的值[15]，還依賴于分層采油的方法 。

3 分層采油量子糾纏的哲學(xué)拓展

3.1 量子糾纏在分層采油技術(shù)中的哲學(xué)意義

分層采油經(jīng)典技術(shù)的實(shí)體性要素主要是抽油機(jī)、管、桿、泵、封隔器等，其更小的組成部分仍然是經(jīng)典的。由量子系統(tǒng)(分層采油)形成的技術(shù)，稱之為“量子技術(shù)本身”。油層的量子貓態(tài)就是分層采油量子系統(tǒng)的表現(xiàn)，本身既具有整體性，又具有不確定性。經(jīng)典分層采油技術(shù)的實(shí)體性要素能夠變革經(jīng)典管、桿、泵等物質(zhì)世界，卻不能變革油層孔隙度、滲透率、飽和度等微觀世界。油層的量子貓態(tài)具有不確定性?？紫抖取B透率、飽和度等是實(shí)在要素，由孔隙度、滲透率、飽和度等參數(shù)引發(fā)的壓力水平在貓態(tài)油層間傳遞流動，因此，處于量子糾纏的各個(gè)油層量子貓態(tài)具有整體性或非分離性。

3.2 分層采油量子糾纏的實(shí)在性

分層采油量子糾纏隱喻出油層“貓”態(tài)的相互作用，卻不能通過固有的、先定的聯(lián)系進(jìn)行論述。處于量子糾纏的各個(gè)油層可以相隔很遠(yuǎn)的距離，可以通過油層量子貓態(tài)形成壓力傳輸通道，借助改變油層特征實(shí)現(xiàn)經(jīng)典控制所不能達(dá)到的細(xì)分油層。細(xì)分的油層量子糾纏態(tài)相互作用與自在存在是同時(shí)存在的。自在存在的油層在相互作用下通過不同分層采油技術(shù)演變出自在的實(shí)體。分層采油這種自在實(shí)體涌現(xiàn)出的現(xiàn)象實(shí)體既具有結(jié)構(gòu)，又包括實(shí)體要素。

4 結(jié) 語

分層采油油層量子糾纏態(tài)的存在形式說明油層之間存在天然不可分離的內(nèi)在聯(lián)系，油層貓態(tài)的存在空間在相干時(shí)間內(nèi)不存在客觀事實(shí)上的因果關(guān)系。這從深層次上變相地揭示了分層采油的微觀和宏觀量子行為的本質(zhì)特征。油層貓態(tài)糾纏度被認(rèn)為是描述油層間在空間上的關(guān)聯(lián)，度量油層空間邊界的模糊度，反映了分層采油整體固有的量子糾纏特征。該認(rèn)識為油藏工程、采油工程實(shí)施分層采油認(rèn)知思維活動提供了嶄新的認(rèn)識論與方法論。

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Quantum Entanglement Holzer Effect and Philosophical Development of Stratified Production

FUYarong

(No.5 Oil Production Plant of Huabei Oilfield, PetroChina, Xinji Hebei 052360, China)

Wonderful quantum entanglement provides optimal basic form and the overall philosophy of science and technology. Quantum of stratified production has the nature of quantum coherence of layered oil, locality and non-probability space, so classic reservoir description cannot explain this correlation in quantum cat state of entangled oil, especially under multiple pressure systems. Based on construction, cat states of layered oil and philosophy development, the success of oil production depends not only on the parameters of layered oil, also depends on the used method. The layered oil reservoir′s cat entanglement degree reflects the inherent quantum layered oil overall rectifying characteristics. This thesis also provides a new epistemology and methodology for the implementation of layered oil reservoir engineering and cognitive thinking activities of production engineering.

layered production; quantum entanglement; Holzer effect; philosophy development

2016-06-13

中國石油股份有限公司科技重大專項(xiàng)“分層采油工藝試驗(yàn)與應(yīng)用”(2015E-05-08)

付亞榮(1965 — )，男，高級工程師，研究方向?yàn)橛蜌馓镩_發(fā)工程。

TE355.22； O431

A

1673-1980(2017)01-0043-03