Qubit neural atau cara komputer kuantum otak berfungsi

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Proses fizikal yang berlaku dalam membran neuron dalam julat hipersonik ditunjukkan. Ia menunjukkan bahawa proses ini boleh berfungsi sebagai asas untuk pembentukan elemen utama (qubits) komputer kuantum, iaitu sistem maklumat otak. Adalah dicadangkan untuk mencipta komputer kuantum berdasarkan prinsip fizikal yang sama di mana otak berfungsi.

Bahan tersebut dibentangkan sebagai hipotesis.

pengenalan. Perumusan masalah

Kerja ini bertujuan untuk mendedahkan kandungan kesimpulan akhir (No. 12) karya sebelumnya [1]: "Otak berfungsi seperti komputer kuantum, di mana fungsi qubit dilakukan oleh ayunan akustoelektrik koheren bahagian-bahagian sarung myelin neuron, dan sambungan antara bahagian-bahagian ini dijalankan kerana interaksi bukan tempatan melalui NR.¹-langsung".

Idea asas yang mendasari kesimpulan ini diterbitkan seperempat abad yang lalu dalam jurnal "Radiofizika" [2]. Intipati idea adalah bahawa dalam bahagian neutron yang berasingan, iaitu, dalam pemintasan Ranvier, ayunan akustoelektrik yang koheren dijana dengan frekuensi ~ 5 * 10¹⁰Hz, dan turun naik ini berfungsi sebagai pembawa utama maklumat dalam sistem maklumat otak.

Kertas ini menunjukkan bahawa mod ayunan akustoelektrik dalam membran neuron mampu melaksanakan fungsi qubit, berdasarkan mana kerja sistem maklumat otak dibina, sebagai komputer kuantum.

Objektif

Kerja ini mempunyai 3 matlamat:

1) untuk menarik perhatian kepada kerja [2], di mana ia ditunjukkan 25 tahun yang lalu bahawa ayunan hipersonik yang koheren boleh dihasilkan dalam membran neuron, 2) menerangkan model baru sistem maklumat otak, yang berdasarkan kehadiran ayunan hipersonik yang koheren dalam membran neuron, 3) untuk mencadangkan jenis komputer kuantum baru, kerja yang akan mensimulasikan kerja sistem maklumat otak ke tahap maksimum.

Kandungan kerja

Bahagian pertama menerangkan mekanisme fizikal penjanaan dalam membran neuron ayunan akustoelektrik koheren dengan kekerapan urutan 5 * 10¹⁰Hz.

Bahagian kedua menerangkan prinsip sistem maklumat otak berdasarkan ayunan koheren yang dihasilkan dalam membran neuron.

Dalam bahagian ketiga, dicadangkan untuk mencipta komputer kuantum yang menyerupai sistem maklumat otak.

I. Sifat ayunan koheren dalam membran neuron

Struktur neuron diterangkan dalam mana-mana monograf mengenai neurosains. Setiap neuron mengandungi badan utama, banyak proses (dendrit), yang melaluinya ia menerima isyarat daripada sel lain, dan proses yang panjang (akson), yang melaluinya ia sendiri mengeluarkan impuls elektrik (potensi tindakan).

Pada masa hadapan, kami akan mempertimbangkan secara eksklusif akson. Setiap akson mengandungi kawasan 2 jenis berselang-seli antara satu sama lain:

1. Pemintasan Ranvier, 2. sarung myelin.

Setiap pemintasan Ranvier disertakan di antara dua segmen bermielin. Panjang pintasan Ranvier ialah 3 urutan magnitud kurang daripada panjang segmen mielin: panjang pintasan Ranvier ialah 10^-4cm (satu mikron), dan panjang segmen mielin ialah 10^-1cm (satu milimeter).

Pintasan Ranvier ialah tapak di mana saluran ion dibenamkan. Melalui saluran ini, ion Na⁺ dan K⁺ menembusi ke dalam dan keluar dari akson, mengakibatkan pembentukan potensi tindakan. Pada masa ini dipercayai bahawa pembentukan potensi tindakan adalah satu-satunya fungsi pemintasan Ranvier.

Walau bagaimanapun, dalam kerja [2] telah ditunjukkan bahawa pemintasan Ranvier mampu melaksanakan satu fungsi yang lebih penting: dalam pintasan Ranvier, ayunan akustoelektrik yang koheren dijana.

Penjanaan ayunan akustoelektrik yang koheren dilakukan kerana kesan laser akustoelektrik, yang direalisasikan dalam pemintasan Ranvier, kerana kedua-dua syarat yang diperlukan untuk pelaksanaan kesan ini dipenuhi:

1) kehadiran pengepaman, dengan cara mod getaran teruja, 2) kehadiran resonator di mana maklum balas dijalankan.

1) Pengepaman disediakan oleh arus ion Na⁺ dan K⁺mengalir melalui pintasan Ranvier. Oleh kerana ketumpatan tinggi saluran (10¹² cm^-2) dan daya pemprosesan yang tinggi (10⁷ ion / sec), ketumpatan arus ion melalui pintasan Ranvier adalah sangat tinggi. Ion yang melalui saluran merangsang mod getaran subunit yang membentuk permukaan dalaman saluran, dan disebabkan oleh kesan laser, mod ini disegerakkan, membentuk ayunan hipersonik yang koheren.

2) Fungsi resonator, mencipta maklum balas yang diedarkan, dilakukan oleh struktur berkala, yang terdapat dalam sarung myelin, di mana pemintasan Ranvier disertakan. Struktur berkala dicipta oleh lapisan membran dengan ketebalan d ~ 10^-6 cm.

Tempoh ini sepadan dengan panjang gelombang resonan λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 cm dan kekerapan ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Hz, υ ~ 10⁵ cm / saat - kelajuan gelombang hipersonik.

Peranan penting dimainkan oleh fakta bahawa saluran ion adalah selektif. Diameter saluran bertepatan dengan diameter ion, jadi ion berada dalam hubungan rapat dengan subunit yang melapisi permukaan dalaman saluran.

Akibatnya, ion memindahkan sebahagian besar tenaganya kepada mod getaran subunit ini: tenaga ion ditukar kepada tenaga getaran subunit yang membentuk saluran, yang merupakan sebab fizikal untuk mengepam.

Pemenuhan kedua-dua syarat yang diperlukan untuk merealisasikan kesan laser bermakna pemintasan Ranvier adalah laser akustik (kini ia dipanggil "sasers"). Satu ciri sasers dalam membran neuron ialah pengepaman dilakukan oleh arus ionik: Pintasan Ranvier ialah saser yang menjana ayunan akustoelektrik yang koheren dengan frekuensi ~ 5 * 10¹⁰ Hz.

Disebabkan oleh kesan laser, arus ion yang melalui pintasan Ranvier bukan sahaja merangsang mod getaran molekul yang membentuk pintasan ini (yang akan menjadi penukaran mudah tenaga arus ion kepada tenaga haba): dalam pintasan Ranvier, mod ayunan disegerakkan, akibatnya ayunan koheren frekuensi resonans terbentuk.

Ayunan yang dihasilkan dalam pintasan Ranvier dalam bentuk gelombang akustik frekuensi hipersonik merambat ke dalam sarung myelin, di mana ia membentuk "corak gangguan" akustik (hipersonik), yang berfungsi sebagai pembawa bahan sistem maklumat otak

II. Sistem maklumat otak, seperti komputer kuantum, qubitnya ialah mod getaran akustoelektrik

Sekiranya kesimpulan tentang kehadiran ayunan akustik koheren frekuensi tinggi di dalam otak sepadan dengan realiti, maka kemungkinan besar sistem maklumat otak berfungsi berdasarkan ayunan ini: medium yang luas seperti itu semestinya digunakan untuk merekodkan. dan menghasilkan semula maklumat.

Kehadiran getaran hipersonik yang koheren membolehkan otak beroperasi dalam mod komputer kuantum. Mari kita pertimbangkan mekanisme yang paling berkemungkinan untuk merealisasikan komputer kuantum "otak", di mana sel asas maklumat (qubit) dicipta berdasarkan mod ayunan hipersonik.

Qubit ialah gabungan linear arbitrari bagi keadaan asas | Ψ₀> dan | Ψ₁> dengan pekali α, β yang memenuhi keadaan normalisasi α² + β² = 1. Dalam kes mod getaran, keadaan asas boleh berbeza mengikut mana-mana 4 parameter yang mencirikan mod ini: amplitud, frekuensi, polarisasi, fasa.

Amplitud dan kekerapan mungkin tidak digunakan untuk mencipta qubit, kerana dalam semua kawasan akson 2 parameter ini adalah lebih kurang sama.

Kemungkinan ketiga dan keempat kekal: polarisasi dan fasa. Qubit berdasarkan polarisasi dan fasa getaran akustik adalah sama sepenuhnya dengan qubit di mana polarisasi dan fasa foton digunakan (menggantikan foton dengan fonon tidak mempunyai kepentingan asas).

Kemungkinan polarisasi dan fasa digunakan bersama untuk membentuk qubit akustik dalam rangkaian myelin otak. Nilai 2 kuantiti ini menentukan jenis elips yang dibentuk oleh mod ayunan dalam setiap keratan rentas sarung mielin akson: keadaan asas qubit akustik komputer kuantum dalam otak diberikan oleh polarisasi elips.

Bilangan akson dalam otak sepadan dengan bilangan neuron: kira-kira 10¹¹… Akson mempunyai purata 30 segmen myelin, dan setiap segmen boleh berfungsi sebagai qubit. Ini bermakna bilangan qubit dalam sistem maklumat otak boleh mencapai 3 * 10¹².

Kapasiti maklumat peranti dengan bilangan qubit sedemikian adalah bersamaan dengan komputer konvensional, memori yang mengandungi 2^{3 000 000 000 000}bit.

Nilai ini adalah 10 bilion pesanan magnitud lebih besar daripada bilangan zarah di Alam Semesta (10⁸⁰). Kapasiti maklumat besar komputer kuantum otak sedemikian membolehkan anda merekodkan jumlah maklumat yang besar secara sewenang-wenangnya dan menyelesaikan sebarang masalah.

Untuk merekod maklumat, anda tidak perlu mencipta peranti rakaman khas: maklumat boleh disimpan pada medium yang sama dengan maklumat diproses (dalam keadaan kuantum qubit).

Setiap imej dan juga setiap "teduhan" imej (dengan mengambil kira semua kesalinghubungan imej yang diberikan dengan imej lain) boleh dikaitkan dengan satu titik dalam ruang Hilbert, mencerminkan satu set keadaan qubit komputer kuantum dalam otak. Apabila satu set qubit berada pada titik yang sama dalam ruang Hilbert, imej ini "berkelip" dalam kesedaran dan ia dihasilkan semula.

Keterikatan qubit akustik dalam komputer kuantum di otak boleh dicapai dalam dua cara.

Cara pertama: kerana adanya hubungan rapat antara bahagian-bahagian rangkaian myelin otak dan pemindahan belitan melalui kenalan ini.

Cara kedua: jalinan boleh muncul akibat pengulangan berbilang set mod getaran yang sama: korelasi antara mod ini menjadi keadaan kuantum tunggal, di antara unsur-unsur yang mana sambungan bukan tempatan diwujudkan (mungkin, dengan bantuan NR¹- garis lurus [1]). Kehadiran sambungan bukan tempatan membolehkan rangkaian maklumat otak melakukan pengiraan yang konsisten menggunakan "keselarian kuantum."

Sifat inilah yang memberikan komputer kuantum otak kuasa pengiraan yang sangat tinggi.

Untuk komputer kuantum otak berfungsi dengan berkesan, tidak perlu menggunakan semua 3 * 10¹² qubit yang berpotensi. Operasi komputer kuantum akan menjadi cekap walaupun bilangan qubit adalah kira-kira seribu (10³). Bilangan qubit ini boleh dibentuk dalam satu berkas akson, terdiri daripada hanya 30 akson (setiap saraf boleh menjadi komputer kuantum "mini"). Oleh itu, komputer kuantum boleh menduduki sebahagian kecil daripada otak, dan banyak komputer kuantum boleh wujud di dalam otak.

Bantahan utama terhadap mekanisme cadangan sistem maklumat otak adalah pengecilan besar gelombang hipersonik. Halangan ini boleh diatasi dengan kesan "pencerahan".

Keamatan mod getaran yang dijana mungkin mencukupi untuk penyebaran dalam mod ketelusan yang disebabkan sendiri (getaran terma, yang boleh memusnahkan keselarasan mod getaran, sendiri menjadi sebahagian daripada mod getaran ini).

III. Komputer kuantum yang dibina berdasarkan prinsip fizikal yang sama seperti otak manusia

Sekiranya sistem maklumat otak benar-benar berfungsi seperti komputer kuantum, qubitnya adalah mod akustoelektrik, maka sangat mungkin untuk mencipta komputer yang akan berfungsi pada prinsip yang sama.

Dalam tempoh 5-6 bulan akan datang, penulis bercadang untuk memfailkan permohonan paten untuk komputer kuantum yang menyerupai sistem maklumat otak.

Selepas 5-6 tahun, kita boleh mengharapkan kemunculan sampel pertama kecerdasan buatan, bekerja dalam imej dan rupa otak manusia.

Komputer kuantum menggunakan undang-undang mekanik kuantum yang paling umum. Alam semula jadi "tidak mencipta" apa-apa undang-undang yang lebih umum, oleh itu adalah wajar kesedaran berfungsi berdasarkan prinsip komputer kuantum, menggunakan kemungkinan maksimum untuk memproses dan merekod maklumat yang disediakan oleh alam semula jadi.

Adalah dinasihatkan untuk menjalankan eksperimen langsung untuk mengesan ayunan akustoelektrik yang koheren dalam rangkaian myelin otak. Untuk melakukan ini, seseorang harus menyinari bahagian rangkaian myelin otak dengan pancaran laser dan cuba mengesan modulasi dengan frekuensi kira-kira 5 * 10 dalam cahaya yang dihantar atau dipantulkan.¹⁰ Hz.

Eksperimen yang serupa boleh dijalankan pada model fizikal akson, i.e. membran yang dicipta secara buatan dengan saluran ion terbina dalam. Eksperimen ini akan menjadi langkah pertama ke arah mencipta komputer kuantum, yang kerjanya akan dijalankan mengikut prinsip fizikal yang sama seperti kerja otak.

Penciptaan komputer kuantum yang berfungsi seperti otak (dan lebih baik daripada otak) akan meningkatkan sokongan maklumat tamadun ke tahap baru secara kualitatif.

Kesimpulan

Penulis cuba menarik perhatian komuniti saintifik kepada kerja suku abad yang lalu [2], yang mungkin penting untuk memahami mekanisme sistem maklumat otak dan mengenal pasti sifat kesedaran. Intipati kerja adalah untuk membuktikan bahawa bahagian individu membran neuron (pemintasan Ranvier) berfungsi sebagai sumber ayunan akustoelektrik yang koheren.

Kebaharuan asas kerja ini terletak pada perihalan mekanisme yang mana ayunan yang dihasilkan dalam pemintasan Ranvier digunakan untuk operasi sistem maklumat otak sebagai pembawa ingatan dan kesedaran.

Hipotesis dibuktikan bahawa sistem maklumat otak berfungsi seperti komputer kuantum, di mana fungsi qubit dilakukan oleh mod ayunan akustoelektrik dalam membran neuron. Tugas utama kerja adalah untuk mengesahkan tesis yang otak adalah komputer kuantum yang qubitnya adalah ayunan koheren membran neuron.

Bersama dengan polarisasi dan fasa, satu lagi parameter gelombang hipersonik dalam membran neuron yang boleh digunakan untuk membentuk qubit ialah twist (ini ialah 5^{dan saya} ciri gelombang, mencerminkan kehadiran momentum sudut orbit).

Penciptaan gelombang berpusar tidak menimbulkan sebarang kesulitan tertentu: untuk ini, struktur lingkaran atau kecacatan mesti ada di sempadan pemintasan Ranvier dan kawasan mielin. Mungkin, struktur dan kecacatan sedemikian memang wujud (dan sarung myelin itu sendiri adalah lingkaran).

Menurut model yang dicadangkan, pembawa utama maklumat di dalam otak adalah jirim putih otak (sarung myelin), dan bukan jirim kelabu, seperti yang dipercayai pada masa ini. Sarung myelin berfungsi bukan sahaja untuk meningkatkan kelajuan penyebaran potensi tindakan, tetapi juga pembawa utama ingatan dan kesedaran: kebanyakan maklumat diproses dalam warna putih, dan bukan dalam bahan kelabu otak.

Dalam kerangka model sistem maklumat otak yang dicadangkan, masalah psikofizik yang ditimbulkan oleh Descartes menemui penyelesaian: "Bagaimana badan dan roh berkaitan dalam seseorang?", Dengan kata lain, apakah hubungan antara jirim dan kesedaran?

Jawapannya adalah seperti berikut: roh wujud dalam ruang Hilbert, tetapi dicipta oleh qubit kuantum yang dibentuk oleh zarah material yang wujud dalam ruang-masa.

Teknologi moden mampu menghasilkan semula struktur rangkaian akson otak dan memeriksa sama ada getaran hipersonik sebenarnya dijana dalam rangkaian ini, dan kemudian mencipta komputer kuantum di mana getaran ini akan digunakan sebagai qubit.

Dari masa ke masa, kecerdasan buatan berdasarkan komputer kuantum acoustoelectric akan dapat melebihi ciri kualitatif kesedaran manusia. Ini akan memungkinkan untuk mengambil langkah asas baru dalam evolusi manusia, dan langkah ini akan dibuat oleh kesedaran orang itu sendiri.

Masanya telah tiba untuk mula melaksanakan pernyataan akhir kerja [2]: "Pada masa hadapan, adalah mungkin untuk mencipta komputer neuro yang akan beroperasi pada prinsip fizikal yang sama seperti otak manusia.".

kesimpulan

1. Dalam membran neuron, terdapat ayunan akustoelektrik yang koheren: ayunan ini dijana mengikut kesan laser akustik dalam pintasan Ranvier dan merambat ke dalam sarung myelin

2. Ayunan akustoelektrik koheren dalam sarung myelin neuron melaksanakan fungsi qubit, berdasarkan sistem maklumat otak berfungsi berdasarkan prinsip komputer kuantum

3. Pada tahun-tahun akan datang, adalah mungkin untuk mencipta kecerdasan buatan, iaitu komputer kuantum yang beroperasi pada prinsip fizikal yang sama di mana sistem maklumat otak berfungsi

KESUSASTERAAN

1. V. A. Shashlov, Model Baru Alam Semesta (I) // "Akademi Trinitarianisme", M., El No. 77-6567, publ. 24950, 20.11.2018