1.3 信息实在论：比特（Bit）与量子比特（Qubit）作为物质的原子

在揭示了连续统的病态与黑洞熵的启示之后，我们面临着一个不可回避的本体论问题：如果宇宙不是由连续的场或物质构成的，那么它的“原子“究竟是什么？

本节将确立本书的核心观点——信息实在论（Information Realism）。我们将论证，物理宇宙的最基本构成单元不是电子、夸克或弦，而是比特（Bit）与量子比特（Qubit）。物质、能量、空间和时间，都是这些底层信息单元交互涌现的宏观现象。

1.3.1 “它源于比特”（It from Bit）

约翰·惠勒（John Wheeler）在其富有远见的论文《信息、物理、量子：连接的探索》中提出了著名的口号：“It from Bit”（万物源于比特）。他写道：

“每一个’它’——每一个粒子，每一个力场，甚至时空本身——都从其功能的底层（function at bottom）获得了它的功能、它的意义、乃至它的全部存在……这些底层实际上是二元选择的装置，也就是比特。”

这一观点在当时是激进的，但在今天，它已成为量子信息物理学的基石。如果我们将宇宙视为一个物理系统，那么对这个系统状态的最根本描述，就是回答一系列“是/否“的问题（例如：自旋是上还是下？格点是空还是满？）。

然而，经典比特（0 或 1）不足以描述我们在微观世界观察到的干涉与纠缠。因此，我们必须将惠勒的格言升级为：“It from Qubit”。

在我们的 QCA 模型中，宇宙被离散化为一个个微小的元胞。每个元胞所携带的最基本物理量，就是一个量子比特（Qubit）。

一个量子比特的状态 $∣ ψ ⟩$ 是二维复希尔伯特空间 $C^{2}$ 中的一个单位向量：

$∣ ψ ⟩ = α ∣0 ⟩ + β ∣1 ⟩$

其中 $∣ α ∣^{2} + ∣ β ∣^{2} = 1$ 。

为什么我们要把 Qubit 视为比电子更基本的“原子“？

普适性（Universality）：任何有限维的量子系统（无论其物理载体是光子、离子还是超导电路）都可以分解为 Qubit 的张量积。Qubit 是量子信息的通用货币。
非定域性与纠缠（Entanglement）：两个 Qubit 可以形成纠缠态（如贝尔态），这种非定域的关联是经典粒子无法模拟的。正如我们将要在后续章节看到的，正是这种纠缠“缝合“了离散的元胞，涌现出了连续的空间几何。
全息性（Holography）：一个包含 $N$ 个 Qubit 的系统，其最大信息容量严格受限于 $N$ 。这与我们在黑洞熵中看到的“有限容量“完美契合。

因此，我们定义物理实在的底层不再是 $x, y, z, t$ ，而是希尔伯特空间中的态矢量 $∣Ψ ⟩$ 。空间位置 $x$ 只是量子比特在格点网络中的索引（Index），而时间 $t$ 只是逻辑门操作的计数器（Counter）。

如果 Qubit 是砖块，那么我们熟悉的电子、光子是如何被“砌“出来的？

在传统物理学中，粒子被视为在时空中运动的点状实体。但在 QCA 框架下，粒子是信息网络中的激发模式（Excitation Pattern）。

想象一个充满 Qubit 的二维网格。

真空对应于某种低纠缠的基态（例如所有自旋向下 $∣00\dots0 ⟩$ ）。
光子对应于一个在网格上传播的“翻转“（Flip）波动（如 $∣010\dots0 ⟩ \to ∣001\dots0 ⟩$ ）。由于没有任何机制阻碍这种翻转的传递，它以最大速度（光速）传播。
电子则对应于一个复杂的拓扑结（Topological Knot）。就像绳子上的结一样，它是一个局域的信息结构，不仅包含翻转，还包含相位的卷曲（Winding）。这种卷曲使得它无法以光速消散，被迫在原地维持自身的存在——这就是质量的起源。

在这个图景中，物质不是“东西“，而是“过程“。电子不是一个名为“电子“的小球，它是一团在 Qubit 海洋中不断自我维持、自我指涉的信息涡旋。

至此，我们完成了对物理学本体论的彻底重构：

我们不再问“宇宙由什么组成“，而是问“宇宙如何计算“。

在确立了这一本体论基础之后，我们终于可以迈出最关键的一步——写下那个支配所有这些 Qubit 运作的唯一法则。这就是下一章的主题：终极公理 $Ω$ 。