Neural qubits au jinsi kompyuta ya quantum ya ubongo inavyofanya kazi

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Michakato ya kimwili inayotokea katika utando wa neurons katika safu ya hypersonic inaonyeshwa. Inaonyeshwa kuwa michakato hii inaweza kutumika kama msingi wa uundaji wa vitu muhimu (qubits) vya kompyuta ya quantum, ambayo ni mfumo wa habari wa ubongo. Inapendekezwa kuunda kompyuta ya quantum kulingana na kanuni sawa za kimwili ambazo ubongo hufanya kazi.

Nyenzo hiyo imewasilishwa kama dhana.

Utangulizi. Uundaji wa shida

Kazi hii inakusudiwa kufichua yaliyomo katika hitimisho la mwisho (Na. 12) la kazi iliyotangulia [1]: "Ubongo hufanya kazi kama kompyuta ya quantum, ambayo kazi ya qubits inafanywa na oscillations madhubuti ya acoustoelectric ya sehemu za sheath za myelin za neurons, na unganisho kati ya sehemu hizi unafanywa kwa sababu ya mwingiliano usio wa ndani kupitia NR.¹- moja kwa moja".

Wazo la msingi ambalo ni msingi wa hitimisho hili lilichapishwa robo ya karne iliyopita katika jarida la "Radiofizika" [2]. Kiini cha wazo hilo lilikuwa kwamba katika sehemu tofauti za nyutroni, yaani, katika miingiliano ya Ranvier, oscillations madhubuti ya acoustoelectric hutolewa na mzunguko wa ~ 5 * 10.¹⁰Hz, na mabadiliko haya hutumika kama mtoaji mkuu wa habari katika mfumo wa habari wa ubongo.

Karatasi hii inaonyesha hivyo Njia za oscillatory za acoustoelectric katika utando wa neurons zina uwezo wa kufanya kazi ya qubits, kwa msingi ambao kazi ya mfumo wa habari wa ubongo hujengwa, kama kompyuta ya quantum..

Lengo

Kazi hii ina malengo 3:

1) kuteka umakini kwa kazi [2], ambayo ilionyeshwa miaka 25 iliyopita kwamba oscillations thabiti ya hypersonic inaweza kuzalishwa katika utando wa niuroni, 2) elezea mtindo mpya wa mfumo wa habari wa ubongo, ambao unategemea uwepo wa oscillations thabiti ya hypersonic kwenye membrane ya neurons, 3) kupendekeza aina mpya ya kompyuta ya quantum, kazi ambayo itaiga kazi ya mfumo wa habari wa ubongo kwa kiwango cha juu.

Maudhui ya kazi

Sehemu ya kwanza inaelezea utaratibu wa kimwili wa kizazi katika utando wa neurons ya oscillations madhubuti ya acoustoelectric na mzunguko wa utaratibu wa 5 * 10.¹⁰Hz.

Sehemu ya pili inaelezea kanuni za mfumo wa taarifa za ubongo kulingana na oscillations madhubuti zinazozalishwa katika utando wa niuroni.

Katika sehemu ya tatu, inapendekezwa kuunda kompyuta ya quantum ambayo inaiga mfumo wa habari wa ubongo.

I. Hali ya oscillations madhubuti katika utando wa niuroni

Muundo wa neuroni umeelezewa katika monograph yoyote juu ya sayansi ya neva. Kila neuroni ina mwili mkuu, michakato mingi (dendrites), ambayo inapokea ishara kutoka kwa seli nyingine, na mchakato mrefu (axon), ambayo yenyewe hutoa msukumo wa umeme (uwezo wa hatua).

Katika siku zijazo, tutazingatia axons pekee. Kila axon ina maeneo ya aina 2 zinazopishana:

1. Mitego ya Ranvier, 2. sheath za myelin.

Kila kizuizi cha Ranvier kimefungwa kati ya sehemu mbili za myelinated. Urefu wa kukatiza kwa Ranvier ni maagizo 3 ya ukubwa chini ya urefu wa sehemu ya myelin: urefu wa kukatiza kwa Ranvier ni 10.^-4cm (micron moja), na urefu wa sehemu ya myelin ni 10^-1cm (milimita moja).

Vipimo vya Ranvier ni tovuti ambazo njia za ioni zimepachikwa. Kupitia chaneli hizi, Na ioni⁺ na K⁺ kupenya ndani na nje ya axon, na kusababisha kuundwa kwa uwezo wa hatua. Kwa sasa inaaminika kuwa uundaji wa uwezo wa hatua ndio kazi pekee ya uingiliaji wa Ranvier.

Walakini, katika kazi [2] ilionyeshwa kuwa uingiliaji wa Ranvier unaweza kutekeleza kazi moja muhimu zaidi: katika uingiliaji wa Ranvier, oscillations madhubuti ya acoustoelectric huzalishwa.

Uzalishaji wa oscillations madhubuti ya acoustoelectric hufanywa kwa sababu ya athari ya laser ya acoustoelectric, ambayo hugunduliwa katika uingiliaji wa Ranvier, kwani hali zote mbili muhimu za utekelezaji wa athari hii zinatimizwa:

1) uwepo wa kusukumia, kwa njia ambayo njia za vibrational zinasisimua;

2) uwepo wa resonator ambayo maoni yanafanywa.

1) Kusukuma hutolewa na mikondo ya ion Na⁺ na K⁺inapita katikati ya Ranvier. Kwa sababu ya msongamano mkubwa wa chaneli (10¹² sentimita^-2) na matokeo yao ya juu (10⁷ ion/sec), msongamano wa mkondo wa ioni kupitia miingiliano ya Ranvier ni wa juu sana. Ioni zinazopita kwenye chaneli husisimua njia za mtetemo za subunits zinazounda uso wa ndani wa chaneli, na kwa sababu ya athari ya laser, njia hizi zinapatanishwa, na kutengeneza oscillations thabiti ya hypersonic.

2) Kazi ya resonator, kuunda maoni yaliyosambazwa, inafanywa na muundo wa mara kwa mara, uliopo kwenye sheaths za myelin, kati ya ambayo vikwazo vya Ranvier vimefungwa. Muundo wa upimaji huundwa na tabaka za utando na unene wa d ~ 10^-6 sentimita.

Kipindi hiki kinalingana na urefu wa wimbi la resonant λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 cm na frequency ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Hz, υ ~ 10⁵ cm / sec - kasi ya mawimbi ya hypersonic.

Jukumu muhimu linachezwa na ukweli kwamba njia za ion zinachagua. Kipenyo cha njia kinapatana na kipenyo cha ions, kwa hiyo ions zinawasiliana kwa karibu na subunits zinazoweka uso wa ndani wa chaneli.

Kama matokeo, ioni huhamisha nguvu zao nyingi kwa njia za mtetemo za vitengo hivi: nishati ya ioni inabadilishwa kuwa nishati ya mtetemo ya vitengo vinavyounda chaneli, ambayo ndio sababu ya mwili ya kusukuma maji.

Utimilifu wa hali zote mbili muhimu kwa utambuzi wa athari ya laser inamaanisha kuwa uingiliaji wa Ranvier ni lasers za acoustic (sasa zinaitwa "sasers"). Kipengele cha saser kwenye membrane ya neuronal ni kwamba kusukuma hufanywa na mkondo wa ionic: Njia za Ranvier ni saser zinazozalisha misisitizo ya acoustoelectric yenye masafa ya ~ 5 * 10.¹⁰ Hz.

Kwa sababu ya athari ya leza, mkondo wa ioni unaopita kwenye viingilia vya Ranvier hauchangamshi tu modi za mitetemo za molekuli zinazounda miingiliano hii (ambayo inaweza kuwa ubadilishaji rahisi wa nishati ya ioni ya sasa kuwa nishati ya joto): uingiliaji wa Ranvier, njia za oscillatory zinasawazishwa, kama matokeo ya ambayo oscillations madhubuti ya frequency resonant huundwa.

Oscillations yanayotokana na uingiliaji wa Ranvier kwa namna ya mawimbi ya akustisk ya mzunguko wa hypersonic huenea ndani ya sheaths za myelin, ambapo huunda "muundo wa kuingilia" wa acoustic (hypersonic), ambayo hutumika kama carrier wa nyenzo wa mfumo wa habari wa ubongo

II. Mfumo wa habari wa ubongo, kama kompyuta ya quantum, qubits ambazo ni njia za vibrational za acoustoelectric

Ikiwa hitimisho juu ya uwepo wa oscillations ya sauti ya juu-frequency thabiti katika ubongo inalingana na ukweli, basi kuna uwezekano mkubwa kwamba mfumo wa habari wa ubongo hufanya kazi kwa misingi ya oscillations hizi: kati ya capacious vile lazima itumike kurekodi. na kuzaliana habari.

Uwepo wa mitetemo thabiti ya hypersonic inaruhusu ubongo kufanya kazi katika hali ya kompyuta ya quantum. Hebu tuchunguze utaratibu unaowezekana zaidi wa kutambua kompyuta ya "ubongo", ambayo seli za msingi za habari (qubits) huundwa kwa misingi ya njia za oscillatory za hypersonic.

qubit ni mseto kiholela wa majimbo ya msingi | Ψ₀> na | Ψ₁> yenye viambajengo α, β vinavyokidhi hali ya kuhalalisha α² + β² = 1. Katika kesi ya njia za vibrational, majimbo ya msingi yanaweza kutofautiana na yoyote ya vigezo 4 vinavyoonyesha njia hizi: amplitude, frequency, polarization, awamu.

Amplitude na frequency labda hazitumiwi kuunda qubit, kwani katika maeneo yote ya axons hizi vigezo 2 ni takriban sawa.

Uwezekano wa tatu na wa nne unabaki: polarization na awamu. Qubits kulingana na polarization na awamu ya vibrations akustisk ni sawa kabisa na qubits ambapo polarization na awamu ya fotoni hutumiwa (kubadilisha fotoni na phononi hakuna umuhimu wa kimsingi).

Kuna uwezekano kwamba ubaguzi na awamu hutumiwa pamoja kuunda qubits akustisk katika mtandao wa myelin wa ubongo. Maadili ya idadi hizi 2 huamua aina ya duaradufu ambayo modi ya oscillatory huunda katika kila sehemu ya msalaba wa sheath ya myelin ya axon: majimbo ya msingi ya qubits akustisk ya kompyuta ya quantum kwenye ubongo hutolewa na polarization ya elliptical..

Idadi ya axoni kwenye ubongo inalingana na idadi ya nyuroni: karibu 10¹¹… Axon ina wastani wa sehemu 30 za miyelini, na kila sehemu inaweza kufanya kazi kama qubit. Hii inamaanisha kuwa idadi ya qubits katika mfumo wa habari wa ubongo inaweza kufikia 3 * 10¹².

Uwezo wa habari wa kifaa kilicho na idadi kama hiyo ya qubits ni sawa na kompyuta ya kawaida, kumbukumbu ambayo ina 2.^{3 000 000 000 000}bits.

Thamani hii ni oda bilioni 10 za ukubwa zaidi ya idadi ya chembe katika Ulimwengu (10).⁸⁰) Uwezo mkubwa wa habari wa kompyuta ya quantum ya ubongo hukuruhusu kurekodi habari nyingi kiholela na kutatua shida zozote.

Ili kurekodi habari, hauitaji kuunda kifaa maalum cha kurekodi: habari inaweza kuhifadhiwa kwa njia ile ile ambayo habari inasindika (katika majimbo ya quantum ya qubits).

Kila picha na hata kila "kivuli" cha picha (kwa kuzingatia miunganisho yote ya picha iliyotolewa na picha zingine) inaweza kuhusishwa na hatua katika nafasi ya Hilbert, inayoonyesha seti ya majimbo ya qubits ya kompyuta ya quantum kwenye ubongo.. Wakati seti ya qubits iko katika hatua sawa katika nafasi ya Hilbert, picha hii "inamulika" katika fahamu na inatolewa tena.

Kuingizwa kwa qubits za akustisk kwenye kompyuta ya quantum kwenye ubongo kunaweza kukamilishwa kwa njia mbili.

Njia ya kwanza: kutokana na kuwepo kwa mawasiliano ya karibu kati ya sehemu za mtandao wa myelin wa ubongo na uhamisho wa msongamano kupitia mawasiliano haya.

Njia ya pili: kuingizwa kunaweza kuonekana kama matokeo ya marudio mengi ya seti moja ya njia za vibrational: uunganisho kati ya njia hizi inakuwa hali moja ya quantum, kati ya vipengele ambavyo uhusiano usio wa kawaida umeanzishwa (labda, kwa msaada wa NR¹- mistari iliyonyooka [1]). Uwepo wa muunganisho usio wa ndani huruhusu mtandao wa habari wa ubongo kufanya hesabu thabiti kwa kutumia "quantum parallelism."

Ni sifa hii inayoipa kompyuta ya quantum ya ubongo uwezo wa juu sana wa kukokotoa.

Kwa kompyuta ya quantum ya ubongo kufanya kazi kwa ufanisi, hakuna haja ya kutumia zote 3 * 10¹² qubits zinazowezekana. Uendeshaji wa kompyuta ya quantum utakuwa mzuri hata kama idadi ya qubits ni karibu elfu moja (10).³) Idadi hii ya qubits inaweza kuundwa katika kifungu kimoja cha axon, kilicho na axoni 30 tu (kila ujasiri unaweza kuwa "mini" ya kompyuta ya quantum). Kwa hivyo, kompyuta ya quantum inaweza kuchukua sehemu ndogo ya ubongo, na kompyuta nyingi za quantum zinaweza kuwepo kwenye ubongo.

Kipingamizi kikuu kwa utaratibu uliopendekezwa wa mfumo wa habari wa ubongo ni upunguzaji mkubwa wa mawimbi ya hypersonic. Kizuizi hiki kinaweza kushinda na athari ya "kutaalamika".

Uzito wa modi za mitetemo zinazozalishwa zinaweza kutosha kwa uenezi katika hali ya uwazi unaotokana na kibinafsi (mitetemo ya joto, ambayo inaweza kuharibu mshikamano wa modi ya mtetemo, zenyewe kuwa sehemu ya hali hii ya mtetemo).

III. Kompyuta ya quantum iliyojengwa kwa kanuni za kimwili sawa na ubongo wa binadamu

Ikiwa mfumo wa habari wa ubongo unafanya kazi kweli kama kompyuta ya quantum, ambayo qubits ni njia za acoustoelectric, basi inawezekana kabisa kuunda kompyuta ambayo itafanya kazi kwa kanuni sawa.

Katika miezi 5-6 ijayo, mwandishi ana nia ya kuwasilisha maombi ya hati miliki kwa kompyuta ya quantum ambayo inaiga mfumo wa habari wa ubongo.

Baada ya miaka 5-6, tunaweza kutarajia kuonekana kwa sampuli za kwanza za akili ya bandia, kufanya kazi katika picha na mfano wa ubongo wa mwanadamu.

Kompyuta za quantum hutumia sheria za jumla zaidi za mechanics ya quantum. Asili "haikubuni" sheria za jumla zaidi, kwa hivyo ni kawaida kabisa fahamu hufanya kazi kwa kanuni ya kompyuta ya quantum, kwa kutumia uwezekano mkubwa wa usindikaji na kurekodi habari iliyotolewa na asili..

Inashauriwa kufanya majaribio ya moja kwa moja ili kuchunguza oscillations madhubuti ya acoustoelectric katika mtandao wa myelin wa ubongo. Ili kufanya hivyo, mtu anapaswa kuwasha sehemu za mtandao wa myelini wa ubongo na boriti ya laser na jaribu kuchunguza moduli na mzunguko wa karibu 5 * 10 katika mwanga unaopitishwa au unaoonekana.¹⁰ Hz.

Jaribio sawa linaweza kufanywa kwa mfano wa kimwili wa axon, i.e. utando ulioundwa kisanii na njia za ioni zilizojengwa ndani. Jaribio hili litakuwa hatua ya kwanza kuelekea kuunda kompyuta ya quantum, ambayo kazi yake itafanywa kwa kanuni sawa za kimwili na kazi ya ubongo.

Kuundwa kwa kompyuta za quantum zinazofanya kazi kama ubongo (na bora kuliko ubongo) kutainua usaidizi wa habari wa ustaarabu hadi kiwango kipya cha ubora.

Hitimisho

Mwandishi anajaribu kuteka hisia za jumuiya ya wanasayansi kwa kazi ya robo karne iliyopita [2], ambayo inaweza kuwa muhimu kwa kuelewa utaratibu wa mfumo wa habari wa ubongo na kutambua asili ya fahamu. Kiini cha kazi ni kuthibitisha kwamba sehemu za kibinafsi za utando wa niuroni (miingiliano ya Ranvier) hutumika kama vyanzo vya msisimko thabiti wa acoustoelectric.

Riwaya ya kimsingi ya kazi hii iko katika maelezo ya utaratibu ambao oscillations inayotokana na uingiliaji wa Ranvier hutumiwa kwa uendeshaji wa mfumo wa habari wa ubongo kama mtoaji wa kumbukumbu na fahamu.

Dhana hiyo inathibitishwa kuwa mfumo wa habari wa ubongo hufanya kazi kama kompyuta ya quantum, ambayo utendakazi wa qubits hufanywa na njia za oscillatory za acoustoelectric katika utando wa niuroni. Kazi kuu ya kazi ni kuthibitisha thesis kwamba ubongo ni kompyuta ya quantum ambayo qubits ni oscillations madhubuti ya utando wa niuroni.

Pamoja na ubaguzi na awamu, kigezo kingine cha mawimbi ya hypersonic katika utando wa niuroni ambayo inaweza kutumika kuunda qubits ni twist (hii ni 5).^{na mimi} tabia ya mawimbi, inayoonyesha uwepo wa kasi ya angular ya orbital).

Uundaji wa mawimbi yanayozunguka haitoi ugumu wowote: kwa hili, miundo ya ond au kasoro lazima iwepo kwenye mpaka wa uingiliaji wa Ranvier na mikoa ya myelin. Pengine, miundo na kasoro hizo zipo (na sheaths za myelini zenyewe ni ond).

Kulingana na mfano uliopendekezwa, mtoaji mkuu wa habari kwenye ubongo ni suala nyeupe la ubongo (sheaths za myelin), na sio jambo la kijivu, kama inavyoaminika hivi sasa. Vifuniko vya myelini hutumikia sio tu kuongeza kasi ya uenezi wa uwezekano wa hatua, lakini pia carrier mkuu wa kumbukumbu na fahamu: habari nyingi zinasindika katika nyeupe, na si katika suala la kijivu la ubongo.

Ndani ya mfumo wa mfano uliopendekezwa wa mfumo wa habari wa ubongo, tatizo la kisaikolojia lililotolewa na Descartes hupata suluhisho: "Mwili na roho vinahusianaje kwa mtu?", Kwa maneno mengine, ni uhusiano gani kati ya jambo na fahamu?

Jibu ni kama ifuatavyo: roho ipo katika nafasi ya Hilbert, lakini huundwa na qubits za quantum zinazoundwa na chembe za nyenzo ambazo zipo katika wakati wa anga..

Teknolojia ya kisasa ina uwezo wa kuzaliana muundo wa mtandao wa axonal wa ubongo na kuangalia ikiwa mitetemo ya hypersonic inatolewa katika mtandao huu, na kisha kuunda kompyuta ya quantum ambayo mitetemo hii itatumika kama qubits.

Baada ya muda, akili ya bandia kulingana na kompyuta ya quantum ya acoustoelectric itaweza kuzidi sifa za ubora wa ufahamu wa binadamu. Hii itafanya iwezekanavyo kuchukua hatua mpya ya kimsingi katika mageuzi ya binadamu, na hatua hii itafanywa na ufahamu wa mtu mwenyewe.

Wakati umefika wa kuanza kutekeleza kauli ya mwisho ya kazi [2]: "Katika siku zijazo, inawezekana kuunda neurocomputer ambayo itafanya kazi kwa kanuni sawa za mwili kama ubongo wa mwanadamu.".

hitimisho

1. Katika utando wa neurons, kuna oscillations madhubuti ya acoustoelectric: oscillations haya yanazalishwa kwa mujibu wa athari ya laser ya acoustic katika kuingilia kwa Ranvier na kueneza ndani ya sheaths za myelin

2. Oscillations madhubuti ya acoustoelectric katika sheaths ya myelin ya neurons hufanya kazi ya qubits, kwa misingi ambayo mfumo wa habari wa ubongo hufanya kazi kwa kanuni ya kompyuta ya quantum

3. Katika miaka ijayo, inawezekana kuunda akili ya bandia, ambayo ni kompyuta ya quantum inayofanya kazi kwa kanuni sawa za kimwili ambazo mfumo wa habari wa ubongo hufanya kazi

FASIHI

1. V. A. Shashlov, Mfano mpya wa Ulimwengu (I) // "Chuo cha Utatu", M., El No. 77-6567, publ. 24950, 20.11.2018