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“一旦你排除了不可能的，”虚构的侦探夏洛克·福尔摩斯曾有名地表示，“无论剩下的是什么，无论多么不可思议，都一定是真相。” 这句格言构成了“构造理论”的基本原则——牛津大学量子物理学家大卫·德意志于 2012 年首次勾勒出的一个候选“万物理论”。他的目标是找到一个框架，通过确定一套描述宇宙中可能发生什么和禁止发生什么的总体“元定律”，从而涵盖所有物理理论。在 5 月 23 日发表于物理预印本服务器 arXiv 的一篇论文中，构造理论声称其朝着该目标迈出了第一步，统一了目前用于描述宏观经典系统以及亚原子量子对象中信息处理的两个独立理论。
计算机科学家目前使用美国数学家和密码学家克劳德·香农在 20 世纪 40 年代开发的理论来描述经典信息如何能够被有效地编码和通过嘈杂的信道传输——例如，理论上，在光纤电缆中可以传输的最大数据量是多少，而不会变得无法挽回地损坏。与此同时，物理学家们正在努力构建量子计算机，原则上，量子计算机可以利用亚原子领域的奇特特性，以比当今的经典机器快得多的速度执行某些任务。
但是香农理论定义的原则不能应用于量子计算机的信息处理。事实上，德意志指出，物理学家们甚至没有明确定义什么是“量子信息”，或者它与经典信息有何关系。“如果我们想在寻找量子计算机的新算法方面取得进展，我们需要了解量子信息实际上是什么！”他说。“到目前为止，为量子计算机发现的算法都是意外的惊喜，是通过摸索发现的，因为我们没有潜在的理论来指导我们。”
2012 年，德意志概述了构造理论，他认为该理论可以为经典和量子领域中所有理论的大统一提供基础。这篇最新的论文是朝着更宏伟目标迈出的第一步——证明经典和量子信息如何可以用于统一两个物理理论。根据构造理论，现实的最基本组成部分是实体——“构造器”——执行特定任务，并附带一套定义构造器实际可以执行哪些任务的定律。例如，带电源的电热水壶可以充当构造器，它可以执行加热水的任务。“构造理论的语言提供了一种自然的方式来描述所有下属理论（如能量守恒）必须遵守的最基本原则，”同样来自牛津大学的量子物理学家基娅拉·马莱托解释说，她是这篇新论文的合著者。“你可以简单地说，从无到有创造能量的任务是不可能的。”
悉尼大学物理哲学教授迪安·里克斯没有参与该理论的开发，但他对该理论统一自然规律的潜力很感兴趣。“这是对万物理论概念的一种非常奇特的新看法，”他说。“原则上，我们宇宙中一切可能的事物都可以写在一本大书中，这本书只包含任务，而在这本大书中也将编码所有的物理定律。”
为了发展他们对信息的描述，德意志和马莱托专注于经典系统中可能但在量子系统中不可能的一项关键任务：复制能力。自 20 世纪 80 年代以来，物理学家们已经知道不可能对一个未知的量子态进行完全相同的复制。在他们的新论文中，德意志和马莱托将经典信息介质定义为所有状态都可以被精确复制的介质。然后，他们计算出在这种系统中必须可能执行哪些任务才能与香农理论保持一致。
然后，合作者继续定义“超信息”介质的概念，该介质编码指定特定物理状态的消息——在这种情况下，复制是不可能的。他们发现，超信息介质的一个特殊子集显示出与量子信息处理相关的属性。“我们发现，通过施加一个约束来告诉你，在超信息介质中你不能做什么——复制的任务——你最终会发现量子系统所具有的奇怪的新信息处理能力，”马莱托说。
该团队表明，在施加复制限制的情况下，许多其他属性开始出现：测量超信息介质的状态将不可避免地扰乱它——这是通常与量子系统相关的特征。但是，由于禁止对超信息介质中某些状态集进行精确复制，这迫使测量结果中产生一些不确定性。
该团队还表明，一旦施加复制约束，纠缠——将量子物体捆绑在一起，使它们协同作用的怪异特性，无论它们相距多远——也会自然而然地产生。根据马莱托的说法，包含两个纠缠态的系统的关键特性是，存储在组合系统中的信息多于仅通过单独检查这对成员所能收集到的信息。量子整体大于其各部分之和。
在他们的论文中，德意志和马莱托证明了信息可以以这样一种方式编码在两个超信息介质中，以至于不可能通过单独测量单个子系统来检索它——也就是说，纠缠是不可避免的。同样，在经典介质中，纠缠是不可能的。“这个形式体系吸引人的地方在于量子力学的共同特征以这种方式显现出来，”斯坦福大学的量子物理学家帕特里克·海登说，他补充道：“我非常尊重构造理论背后的创造性思维及其雄心壮志。” 然而，他指出，其他研究人员也在进行竞争性尝试，以发展对量子力学的更深入理解，包括基于复制的想法，而且现在断言哪一种（如果有的话）将被证明是最佳描述还为时过早。
里克斯同意，物理学家们需要时间来验证该理论——该理论尚未通过同行评审——是否真的成功地统一了经典和量子信息理论。但如果得到证实，它将有助于推动德意志寻找长期以来寻求的量子引力理论的目标，统一目前不兼容的量子理论和广义相对论。“这是科学史上第一次知道我们最深刻的理论是错误的，所以很明显我们需要一个更深刻的理论，”德意志说。
里克斯认为，构造理论有可能规定广义相对论和量子理论必须遵守的元定律。“元定律是更稳定的生物，它们在科学革命中幸存下来，”他说。“掌握这些原则使我们更好地掌握了现实的本质。 我认为这是一个相当大的优势。”