Neural qubits o kung paano gumagana ang quantum computer ng utak

2024 May -akda: Seth Attwood | [email protected]. Huling binago: 2023-12-16 16:18

Ang mga pisikal na proseso na nagaganap sa mga lamad ng mga neuron sa hanay ng hypersonic ay ipinahiwatig. Ipinakita na ang mga prosesong ito ay maaaring magsilbing batayan para sa pagbuo ng mga pangunahing elemento (qubits) ng isang quantum computer, na siyang sistema ng impormasyon ng utak. Iminungkahi na lumikha ng isang quantum computer batay sa parehong pisikal na mga prinsipyo kung saan gumagana ang utak.

Ang materyal ay ipinakita bilang isang hypothesis.

Panimula. Pagbubuo ng problema

Ang gawaing ito ay naglalayong ihayag ang nilalaman ng panghuling (No. 12) na konklusyon ng nakaraang gawain [1]: "Ang utak ay gumagana tulad ng isang quantum computer, kung saan ang function ng qubits ay ginagampanan ng magkakaugnay na acoustoelectric oscillations ng mga seksyon ng myelin sheaths ng mga neuron, at ang koneksyon sa pagitan ng mga seksyong ito ay isinasagawa dahil sa hindi lokal na pakikipag-ugnayan sa pamamagitan ng NR.¹-direkta".

Ang pangunahing ideya na pinagbabatayan ng konklusyon na ito ay nai-publish isang-kapat ng isang siglo na ang nakalipas sa journal na "Radiofizika" [2]. Ang kakanyahan ng ideya ay na sa magkahiwalay na mga seksyon ng mga neutron, ibig sabihin, sa mga interception ng Ranvier, ang magkakaugnay na acoustoelectric oscillations ay nabuo na may dalas na ~ 5 * 10¹⁰Hz, at ang mga pagbabagong ito ay nagsisilbing pangunahing tagapagdala ng impormasyon sa sistema ng impormasyon ng utak.

Ipinapakita ng papel na ito Ang mga acoustoelectric oscillatory mode sa mga lamad ng mga neuron ay may kakayahang magsagawa ng pag-andar ng mga qubit, batay sa kung saan itinayo ang gawain ng sistema ng impormasyon ng utak, bilang isang quantum computer.

Layunin

Ang gawaing ito ay may 3 layunin:

1) upang maakit ang pansin sa gawain [2], kung saan ipinakita 25 taon na ang nakalilipas na ang magkakaugnay na hypersonic oscillations ay maaaring mabuo sa mga lamad ng mga neuron, 2) ilarawan ang isang bagong modelo ng sistema ng impormasyon ng utak, na batay sa pagkakaroon ng magkakaugnay na hypersonic oscillations sa mga lamad ng mga neuron, 3) upang magmungkahi ng isang bagong uri ng quantum computer, ang gawain kung saan ay gayahin ang gawain ng sistema ng impormasyon ng utak sa pinakamataas na lawak.

Ang nilalaman ng gawain

Inilalarawan ng unang seksyon ang pisikal na mekanismo ng henerasyon sa mga lamad ng mga neuron ng magkakaugnay na acoustoelectric oscillations na may dalas ng pagkakasunud-sunod na 5 * 10¹⁰Hz.

Inilalarawan ng pangalawang seksyon ang mga prinsipyo ng sistema ng impormasyon ng utak batay sa magkakaugnay na mga oscillations na nabuo sa mga lamad ng mga neuron.

Sa ikatlong seksyon, iminungkahi na lumikha ng isang quantum computer na gayahin ang sistema ng impormasyon ng utak.

I. Ang likas na katangian ng magkakaugnay na mga oscillations sa mga lamad ng mga neuron

Ang istraktura ng isang neuron ay inilarawan sa anumang monograph sa neurosciences. Ang bawat neuron ay naglalaman ng isang pangunahing katawan, maraming mga proseso (dendrites), kung saan ito ay tumatanggap ng mga signal mula sa iba pang mga cell, at isang mahabang proseso (axon), kung saan ito mismo ay naglalabas ng mga electrical impulses (mga potensyal na aksyon).

Sa hinaharap, isasaalang-alang namin ang mga eksklusibong axon. Ang bawat axon ay naglalaman ng mga lugar ng 2 uri na alternating sa bawat isa:

1. Ang mga pagharang ni Ranvier, 2. myelin sheaths.

Ang bawat interception ng Ranvier ay nakapaloob sa pagitan ng dalawang myelinated segment. Ang haba ng interception ng Ranvier ay 3 order ng magnitude na mas mababa kaysa sa haba ng myelin segment: ang haba ng interception ng Ranvier ay 10^-4cm (isang micron), at ang haba ng myelin segment ay 10^-1cm (isang milimetro).

Ang mga pagharang ni Ranvier ay ang mga site kung saan naka-embed ang mga ion channel. Sa pamamagitan ng mga channel na ito, ang Na ions⁺ at K⁺ tumagos sa loob at labas ng axon, na nagreresulta sa pagbuo ng mga potensyal na aksyon. Sa kasalukuyan ay pinaniniwalaan na ang pagbuo ng mga potensyal na aksyon ay ang tanging function ng mga interceptions ni Ranvier.

Gayunpaman, sa trabaho [2] ipinakita na ang mga pagharang ni Ranvier ay may kakayahang magsagawa ng isa pang mahalagang tungkulin: sa interceptions ng Ranvier, magkakaugnay na acoustoelectric oscillations ay nabuo.

Ang pagbuo ng magkakaugnay na acoustoelectric oscillations ay isinasagawa dahil sa acoustoelectric laser effect, na natanto sa mga interceptions ng Ranvier, dahil ang parehong kinakailangang mga kondisyon para sa pagpapatupad ng epekto na ito ay natutupad:

1) ang pagkakaroon ng pumping, kung saan ang mga vibrational mode ay nasasabik, 2) ang pagkakaroon ng isang resonator kung saan isinasagawa ang feedback.

1) Ang pumping ay ibinibigay ng ion currents Na⁺ at K⁺dumadaloy sa pamamagitan ng pagharang ni Ranvier. Dahil sa mataas na density ng mga channel (10¹² cm^-2) at ang kanilang mataas na throughput (10⁷ ion / sec), ang density ng kasalukuyang ion sa pamamagitan ng mga interceptions ng Ranvier ay napakataas. Ang mga ion na dumadaan sa channel ay nagpapasigla sa mga vibrational mode ng mga subunit na bumubuo sa panloob na ibabaw ng channel, at dahil sa laser effect, ang mga mode na ito ay naka-synchronize, na bumubuo ng magkakaugnay na hypersonic oscillations.

2) Ang pag-andar ng isang resonator, na lumilikha ng isang ibinahagi na feedback, ay ginagawa ng isang pana-panahong istraktura, na naroroon sa mga myelin sheaths, sa pagitan ng kung saan ang mga interception ng Ranvier ay nakapaloob. Ang pana-panahong istraktura ay nilikha ng mga layer ng lamad na may kapal na d ~ 10^-6 cm.

Ang panahong ito ay tumutugma sa isang resonant wavelength λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 cm at dalas ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Hz, υ ~ 10⁵ cm / sec - bilis ng hypersonic waves.

Ang isang mahalagang papel ay ginampanan ng katotohanan na ang mga channel ng ion ay pumipili. Ang diameter ng mga channel ay tumutugma sa diameter ng mga ion, kaya ang mga ion ay malapit na nakikipag-ugnayan sa mga subunit na nakahanay sa panloob na ibabaw ng channel.

Bilang resulta, inililipat ng mga ion ang karamihan sa kanilang enerhiya sa mga mode ng vibrational ng mga subunit na ito: ang enerhiya ng mga ion ay na-convert sa enerhiya ng panginginig ng boses ng mga subunit na bumubuo sa mga channel, na siyang pisikal na dahilan ng pumping.

Ang katuparan ng parehong kinakailangang mga kondisyon para sa pagsasakatuparan ng epekto ng laser ay nangangahulugan na ang mga interception ni Ranvier ay mga acoustic lasers (ngayon ay tinatawag silang "sasers"). Ang isang tampok ng mga saser sa neuronal membrane ay ang pumping ay isinasagawa ng isang ionic current: Ang mga interception ng Ranvier ay mga saser na bumubuo ng magkakaugnay na acoustoelectric oscillations na may dalas na ~ 5 * 10¹⁰ Hz.

Dahil sa epekto ng laser, ang kasalukuyang ion na dumadaan sa mga interception ng Ranvier ay hindi lamang nakaka-excite sa mga vibrational mode ng mga molecule na bumubuo sa mga interception na ito (na magiging isang simpleng conversion ng enerhiya ng ion current sa thermal energy): sa interceptions ng Ranvier, ang mga oscillatory mode ay naka-synchronize, bilang isang resulta kung saan ang magkakaugnay na mga oscillations ng resonant frequency ay nabuo.

Ang mga oscillations na nabuo sa mga interceptions ni Ranvier sa anyo ng mga acoustic wave ng hypersonic frequency ay nagpapalaganap sa myelin sheaths, kung saan sila ay bumubuo ng isang acoustic (hypersonic) na "interference pattern", na nagsisilbing isang materyal na carrier ng sistema ng impormasyon ng utak

II. Sistema ng impormasyon ng utak, tulad ng isang quantum computer, ang mga qubit nito ay mga acoustoelectric vibrational mode

Kung ang konklusyon tungkol sa pagkakaroon ng mataas na dalas na magkakaugnay na acoustic oscillations sa utak ay tumutugma sa katotohanan, kung gayon ito ay malamang na ang sistema ng impormasyon ng utak ay gumagana sa batayan ng mga oscillations na ito: tulad ng isang malawak na daluyan ay dapat na tiyak na gamitin upang i-record. at magparami ng impormasyon.

Ang pagkakaroon ng magkakaugnay na hypersonic vibrations ay nagpapahintulot sa utak na gumana sa mode ng isang quantum computer. Isaalang-alang natin ang pinaka-malamang na mekanismo para sa pagsasakatuparan ng isang "utak" na quantum computer, kung saan ang mga elementarya na selula ng impormasyon (qubits) ay nilikha batay sa mga hypersonic oscillatory mode.

Ang qubit ay isang arbitraryong linear na kumbinasyon ng mga batayang estado | Ψ₀> at | Ψ₁> na may mga coefficient na α, β na nakakatugon sa kondisyon ng normalisasyon na α² + β² = 1. Sa kaso ng mga vibrational mode, ang mga base state ay maaaring mag-iba sa alinman sa 4 na parameter na nagpapakilala sa mga mode na ito: amplitude, frequency, polarization, phase.

Ang amplitude at frequency ay malamang na hindi ginagamit upang lumikha ng isang qubit, dahil sa lahat ng mga lugar ng mga axon ang 2 mga parameter na ito ay halos pareho.

Ang ikatlo at ikaapat na posibilidad ay nananatili: polariseysyon at yugto. Ang mga qubit batay sa polarization at ang yugto ng acoustic vibrations ay ganap na kahalintulad sa mga qubit kung saan ang polarization at yugto ng mga photon ay ginagamit (ang pagpapalit ng mga photon sa mga phonon ay walang pangunahing kahalagahan).

Malamang na ang polarization at phase ay ginagamit nang magkasama upang bumuo ng mga acoustic qubit sa myelin network ng utak. Tinutukoy ng mga halaga ng 2 dami na ito ang uri ng ellipse na nabubuo ng oscillatory mode sa bawat cross section ng axon myelin sheath: ang mga pangunahing estado ng acoustic qubits ng isang quantum computer sa utak ay ibinibigay ng elliptical polarization.

Ang bilang ng mga axon sa utak ay tumutugma sa bilang ng mga neuron: mga 10¹¹… Ang isang axon ay may average na 30 myelin segment, at ang bawat segment ay maaaring gumana bilang isang qubit. Nangangahulugan ito na ang bilang ng mga qubit sa sistema ng impormasyon ng utak ay maaaring umabot sa 3 * 10¹².

Ang kapasidad ng impormasyon ng isang aparato na may ganoong bilang ng mga qubit ay katumbas ng isang maginoo na computer, ang memorya na naglalaman ng 2^{3 000 000 000 000}bits.

Ang halagang ito ay 10 bilyong order ng magnitude na mas malaki kaysa sa bilang ng mga particle sa Uniberso (10⁸⁰). Ang ganitong malaking kapasidad ng impormasyon ng quantum computer ng utak ay nagpapahintulot sa iyo na magtala ng isang arbitraryong malaking halaga ng impormasyon at malutas ang anumang mga problema.

Upang mag-record ng impormasyon, hindi mo kailangang lumikha ng isang espesyal na aparato sa pag-record: ang impormasyon ay maaaring maimbak sa parehong daluyan kung saan pinoproseso ang impormasyon (sa mga quantum states ng qubits).

Ang bawat imahe at maging ang bawat "shade" ng isang imahe (isinasaalang-alang ang lahat ng mga pagkakaugnay ng isang ibinigay na imahe sa iba pang mga imahe) ay maaaring iugnay sa isang punto sa Hilbert space, na sumasalamin sa isang hanay ng mga estado ng qubits ng isang quantum computer sa utak. Kapag ang isang set ng mga qubit ay nasa parehong punto sa Hilbert space, ang imaheng ito ay "kumilaw" sa kamalayan at ito ay muling ginawa.

Ang pagkagambala ng mga acoustic qubit sa isang quantum computer sa utak ay maaaring magawa sa dalawang paraan.

Ang unang paraan: dahil sa pagkakaroon ng malapit na pakikipag-ugnay sa pagitan ng mga bahagi ng myelin network ng utak at ang paglilipat ng gusot sa pamamagitan ng mga contact na ito.

Ang pangalawang paraan: ang pagkagambala ay maaaring lumitaw bilang isang resulta ng maraming pag-uulit ng parehong hanay ng mga vibrational mode: ang ugnayan sa pagitan ng mga mode na ito ay nagiging isang solong estado ng kabuuan, sa pagitan ng mga elemento kung saan ang isang hindi lokal na koneksyon ay itinatag (marahil, sa tulong ng NR¹- mga tuwid na linya [1]). Ang pagkakaroon ng isang hindi lokal na koneksyon ay nagpapahintulot sa network ng impormasyon ng utak na magsagawa ng pare-parehong mga pagkalkula gamit ang "quantum parallelism."

Ang pag-aari na ito ang nagbibigay sa quantum computer ng utak ng napakataas na kapangyarihan sa pag-compute.

Para gumana nang epektibo ang quantum computer ng utak, hindi na kailangang gamitin ang lahat ng 3 * 10¹² mga potensyal na qubit. Ang operasyon ng isang quantum computer ay magiging mahusay kahit na ang bilang ng mga qubit ay humigit-kumulang isang libo (10³). Ang bilang ng mga qubit ay maaaring mabuo sa isang bundle ng axon, na binubuo lamang ng 30 axon (bawat nerve ay maaaring isang "mini" na quantum computer). Kaya, maaaring sakupin ng isang quantum computer ang isang maliit na bahagi ng utak, at maraming mga quantum computer ang maaaring umiral sa utak.

Ang pangunahing pagtutol sa iminungkahing mekanismo ng sistema ng impormasyon sa utak ay ang malaking pagpapalambing ng hypersonic waves. Ang balakid na ito ay maaaring malampasan ng "enlightenment" effect.

Ang intensity ng nabuong vibrational mode ay maaaring sapat para sa pagpapalaganap sa mode ng self-induced transparency (thermal vibrations, na maaaring sirain ang pagkakaugnay-ugnay ng vibrational mode, ang kanilang mga sarili ay naging bahagi ng vibrational mode na ito).

III. Isang quantum computer na binuo sa parehong pisikal na prinsipyo gaya ng utak ng tao

Kung ang sistema ng impormasyon ng utak ay talagang gumagana tulad ng isang quantum computer, ang mga qubit nito ay mga acoustoelectric mode, kung gayon posible na lumikha ng isang computer na gagana sa parehong mga prinsipyo.

Sa susunod na 5-6 na buwan, nilayon ng may-akda na maghain ng aplikasyon para sa isang patent para sa isang quantum computer na ginagaya ang sistema ng impormasyon ng utak.

Pagkatapos ng 5-6 na taon, maaari nating asahan ang hitsura ng mga unang sample ng artificial intelligence, na gumagana sa imahe at pagkakahawig ng utak ng tao.

Ginagamit ng mga quantum computer ang pinaka-pangkalahatang batas ng quantum mechanics. Ang kalikasan ay "hindi nag-imbento" ng anumang mas pangkalahatang mga batas, samakatuwid ito ay medyo natural na Ang kamalayan ay gumagana sa prinsipyo ng isang quantum computer, gamit ang pinakamataas na posibilidad para sa pagproseso at pagtatala ng impormasyong ibinigay ng kalikasan.

Maipapayo na magsagawa ng direktang eksperimento upang makita ang magkakaugnay na acoustoelectric oscillations sa myelin network ng utak. Upang gawin ito, dapat i-irradiate ng isa ang mga bahagi ng myelin network ng utak na may laser beam at subukang tuklasin ang modulasyon na may dalas na humigit-kumulang 5 * 10 sa transmitted o reflected light.¹⁰ Hz.

Ang isang katulad na eksperimento ay maaaring isagawa sa isang pisikal na modelo ng isang axon, i.e. isang artipisyal na nilikhang lamad na may mga built-in na ion channel. Ang eksperimentong ito ang magiging unang hakbang patungo sa paglikha ng isang quantum computer, na ang gawain ay isasagawa sa parehong pisikal na mga prinsipyo gaya ng gawain ng utak.

Ang paglikha ng mga quantum computer na gumagana tulad ng isang utak (at mas mahusay kaysa sa isang utak) ay magtataas ng suporta sa impormasyon ng sibilisasyon sa isang qualitatively bagong antas.

Konklusyon

Sinusubukan ng may-akda na iguhit ang atensyon ng siyentipikong komunidad sa gawain ng isang quarter-century na ang nakalipas [2], na maaaring mahalaga para sa pag-unawa sa mekanismo ng sistema ng impormasyon sa utak at pagtukoy sa likas na katangian ng kamalayan. Ang kakanyahan ng gawain ay upang patunayan na ang mga indibidwal na seksyon ng neuronal membranes (Ranvier interceptions) ay nagsisilbing mga mapagkukunan ng magkakaugnay na acoustoelectric oscillations.

Ang pangunahing bago ng gawaing ito ay nakasalalay sa paglalarawan ng mekanismo kung saan ang mga oscillations na nabuo sa mga interceptions ng Ranvier ay ginagamit para sa pagpapatakbo ng sistema ng impormasyon ng utak bilang isang carrier ng memorya at kamalayan.

Ang hypothesis ay pinatunayan na ang sistema ng impormasyon ng utak ay gumagana tulad ng isang quantum computer, kung saan ang pag-andar ng mga qubit ay ginagawa ng mga acoustoelectric oscillatory mode sa mga lamad ng mga neuron. Ang pangunahing gawain ng gawain ay upang patunayan ang thesis na ang utak ay isang quantum computer na ang mga qubit ay magkakaugnay na mga oscillations ng neuronal membranes.

Kasama ng polarization at phase, ang isa pang parameter ng hypersonic waves sa neuronal membranes na maaaring magamit upang bumuo ng mga qubit ay twist (ito ay 5^{at ako} katangian ng mga alon, na sumasalamin sa pagkakaroon ng orbital angular momentum).

Ang paglikha ng mga umiikot na alon ay hindi nagbibigay ng anumang partikular na kahirapan: para dito, ang mga spiral na istruktura o mga depekto ay dapat na naroroon sa hangganan ng mga interception ng Ranvier at myelin na mga rehiyon. Marahil, umiiral ang gayong mga istruktura at mga depekto (at ang mga myelin sheaths mismo ay spiral).

Ayon sa iminungkahing modelo, ang pangunahing tagapagdala ng impormasyon sa utak ay ang puting bagay ng utak (myelin sheaths), at hindi ang grey matter, gaya ng kasalukuyang pinaniniwalaan. Ang myelin sheaths ay nagsisilbi hindi lamang upang mapataas ang bilis ng pagpapalaganap ng mga potensyal na aksyon, kundi pati na rin ang pangunahing carrier ng memorya at kamalayan: karamihan sa impormasyon ay naproseso sa puti, at hindi sa kulay-abo na bagay ng utak.

Sa loob ng balangkas ng iminungkahing modelo ng sistema ng impormasyon ng utak, ang problemang psychophysical na dulot ni Descartes ay nakahanap ng solusyon: "Paano nauugnay ang katawan at espiritu sa isang tao?", Sa madaling salita, ano ang kaugnayan sa pagitan ng bagay at kamalayan?

Ang sagot ay ang mga sumusunod: ang espiritu ay umiiral sa Hilbert space, ngunit nilikha ng mga quantum qubit na nabuo ng mga materyal na particle na umiiral sa space-time.

Nagagawa ng modernong teknolohiya na muling buuin ang istraktura ng axonal network ng utak at suriin kung ang hypersonic vibrations ay aktwal na nabuo sa network na ito, at pagkatapos ay lumikha ng isang quantum computer kung saan ang mga vibrations na ito ay gagamitin bilang mga qubit.

Sa paglipas ng panahon, ang artificial intelligence na batay sa isang acoustoelectric quantum computer ay magagawang lumampas sa mga katangian ng husay ng kamalayan ng tao. Gagawin nitong posible na gumawa ng isang panimula na bagong hakbang sa ebolusyon ng tao, at ang hakbang na ito ay gagawin ng kamalayan ng tao mismo.

Dumating na ang oras upang simulan ang pagpapatupad ng huling pahayag ng trabaho [2]: "Sa hinaharap, posible na lumikha ng isang neurocomputer na gagana sa parehong pisikal na mga prinsipyo tulad ng utak ng tao.".

mga konklusyon

1. Sa mga lamad ng mga neuron, mayroong magkakaugnay na acoustoelectric oscillations: ang mga oscillations na ito ay nabuo alinsunod sa acoustic laser effect sa mga interceptions ng Ranvier at nagpapalaganap sa myelin sheaths

2. Ang magkakaugnay na acoustoelectric oscillations sa myelin sheaths ng mga neuron ay gumaganap ng function ng qubits, sa batayan kung saan gumagana ang sistema ng impormasyon ng utak sa prinsipyo ng isang quantum computer

3. Sa mga darating na taon, posibleng lumikha ng artificial intelligence, na isang quantum computer na tumatakbo sa parehong pisikal na mga prinsipyo kung saan gumagana ang sistema ng impormasyon ng utak

PANITIKAN

1. V. A. Shashlov, Bagong modelo ng Uniberso (I) // "Academy of Trinitarianism", M., El No. 77-6567, publ. 24950, 20.11.2018