کیوبیت های عصبی یا نحوه عملکرد کامپیوتر کوانتومی مغز

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

فرآیندهای فیزیکی که در غشای نورون ها در محدوده مافوق صوت رخ می دهد نشان داده شده است. نشان داده شده است که این فرآیندها می توانند به عنوان پایه ای برای تشکیل عناصر کلیدی (کیوبیت) یک کامپیوتر کوانتومی، که سیستم اطلاعاتی مغز است، عمل کنند. ایجاد یک کامپیوتر کوانتومی بر اساس همان اصول فیزیکی که مغز بر اساس آن کار می کند، پیشنهاد شده است.

مطالب به صورت فرضیه ارائه شده است.

معرفی. فرمول بندی مسئله

این اثر برای آشکار کردن محتوای نهایی (شماره 12) کار قبلی [1] در نظر گرفته شده است: مغز مانند یک کامپیوتر کوانتومی کار می کند که در آن عملکرد کیوبیت ها توسط نوسانات آکوستوالکتریک منسجم بخش هایی از غلاف میلین نورون ها انجام می شود و ارتباط بین این بخش ها به دلیل برهم کنش غیر محلی از طریق NR انجام می شود.¹-مستقیم ".

ایده اساسی که زیربنای این نتیجه گیری است ربع قرن پیش در مجله "Radiofizika" [2] منتشر شد. ماهیت ایده این بود که در بخش های جداگانه نوترون ها، یعنی در رهگیری های رانویر، نوسانات آکوستوالکتریک منسجم با فرکانس ~ 5 * 10 ایجاد می شود.¹⁰هرتز، و این نوسانات به عنوان حامل اصلی اطلاعات در سیستم اطلاعاتی مغز عمل می کند.

این مقاله نشان می دهد که حالت‌های نوسانی آکوستوالکتریک در غشای نورون‌ها قادر به انجام عملکرد کیوبیت‌ها هستند که بر اساس آن‌ها کار سیستم اطلاعاتی مغز به عنوان یک رایانه کوانتومی ساخته شده است..

هدف، واقعگرایانه

این کار 3 هدف دارد:

1) برای جلب توجه به کار [2]، که در آن 25 سال پیش نشان داده شد که نوسانات مافوق صوت منسجم می تواند در غشای نورون ها ایجاد شود.

2) مدل جدیدی از سیستم اطلاعات مغز را توصیف کنید که بر اساس وجود نوسانات مافوق صوت منسجم در غشای نورون ها است.

3) پیشنهاد نوع جدیدی از کامپیوتر کوانتومی که کار آن کار سیستم اطلاعاتی مغز را تا حد اکثر شبیه سازی می کند.

محتوای کار

بخش اول مکانیسم فیزیکی تولید در غشای نورون های نوسانات آکوستوالکتریک منسجم با فرکانس 5 * 10 را شرح می دهد.¹⁰هرتز

بخش دوم اصول سیستم اطلاعات مغز را بر اساس نوسانات منسجم ایجاد شده در غشای نورون ها شرح می دهد.

در بخش سوم، ایجاد یک کامپیوتر کوانتومی که سیستم اطلاعاتی مغز را شبیه سازی می کند، پیشنهاد شده است.

I. ماهیت نوسانات منسجم در غشای نورون ها

ساختار یک نورون در هر تک نگاری در مورد علوم اعصاب توضیح داده شده است. هر نورون شامل یک جسم اصلی، فرآیندهای بسیاری (دندریت) است که از طریق آن سیگنال‌هایی را از سلول‌های دیگر دریافت می‌کند، و یک فرآیند طولانی (آکسون)، که از طریق آن، خود تکانه‌های الکتریکی (پتانسیل‌های عمل) منتشر می‌کند.

در آینده، ما منحصراً آکسون ها را در نظر خواهیم گرفت. هر آکسون شامل مناطقی از 2 نوع است که با یکدیگر متناوب هستند:

1. رهگیری های رانویر،

2. غلاف میلین.

هر رهگیری رانویر بین دو بخش میلین دار محصور می شود. طول رهگیری رانویر 3 مرتبه قدر کمتر از طول بخش میلین است: طول رهگیری رانویر 10 است.^-4سانتی متر (یک میکرون) و طول بخش میلین 10 است^-1سانتی متر (یک میلی متر).

رهگیری های رانویر مکان هایی هستند که کانال های یونی در آنها تعبیه شده است. از طریق این کانال ها، یون های Na⁺ و ک⁺ به داخل و خارج آکسون نفوذ می کند و در نتیجه پتانسیل های عمل تشکیل می شود. در حال حاضر اعتقاد بر این است که تشکیل پتانسیل های عمل تنها عملکرد رهگیری های رانویر است.

با این حال، در کار [2] نشان داده شد که رهگیری های رانویر می توانند یک عملکرد مهم دیگر را انجام دهند: در رهگیری های رانویر، نوسانات آکوستوالکتریک منسجم ایجاد می شود.

تولید نوسانات آکوستوالکتریک منسجم به دلیل اثر لیزر آکوستوالکتریک انجام می شود که در رهگیری های رانویر تحقق می یابد، زیرا هر دو شرط لازم برای اجرای این اثر برآورده شده است:

1) وجود پمپاژ که با استفاده از آن حالت های ارتعاشی برانگیخته می شوند.

2) وجود یک تشدید کننده که از طریق آن بازخورد انجام می شود.

1) پمپاژ توسط جریان های یونی Na تامین می شود⁺ و ک⁺جریان از طریق رهگیری رانویر. به دلیل تراکم بالای کانال ها (10¹² سانتی متر^-2) و توان بالای آنها (10⁷ یون / ثانیه)، چگالی جریان یونی از طریق رهگیری Ranvier بسیار زیاد است. یون هایی که از کانال عبور می کنند، حالت های ارتعاشی زیرواحدهایی را که سطح داخلی کانال را تشکیل می دهند، تحریک می کنند و به دلیل اثر لیزر، این حالت ها همزمان شده و نوسانات مافوق صوت منسجم را تشکیل می دهند.

2) عملکرد یک تشدید کننده، ایجاد یک بازخورد توزیع شده، توسط یک ساختار دوره ای انجام می شود، که در غلاف های میلین وجود دارد، که بین آن رهگیری های رانویر محصور شده است. ساختار تناوبی توسط لایه هایی از غشاء با ضخامت d ~ 10 ایجاد می شود^-6 سانتی متر.

این دوره مربوط به طول موج رزونانسی λ ~ 2d ~ 2 * 10 است.^-6 سانتی متر و فرکانس ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ هرتز، υ ~ 10⁵ سانتی متر در ثانیه - سرعت امواج مافوق صوت.

این واقعیت که کانال های یونی انتخابی هستند نقش مهمی ایفا می کند. قطر کانال ها با قطر یون ها منطبق است، بنابراین یون ها در تماس نزدیک با زیر واحدهایی هستند که سطح داخلی کانال را می پوشانند.

در نتیجه، یون‌ها بیشتر انرژی خود را به حالت‌های ارتعاشی این زیر واحدها منتقل می‌کنند: انرژی یون‌ها به انرژی ارتعاشی زیر واحدهای تشکیل‌دهنده کانال‌ها تبدیل می‌شود که دلیل فیزیکی پمپاژ است.

تحقق هر دو شرط لازم برای تحقق اثر لیزر به این معنی است که رهگیری های رانویر لیزرهای صوتی هستند (اکنون آنها را "ساسر" می نامند). ویژگی سازرها در غشاهای عصبی این است که پمپاژ توسط یک جریان یونی انجام می شود: رهگیری های Ranvier ساسرهایی هستند که نوسانات آکوستوالکتریک منسجمی با فرکانس ~ 5 * 10 ایجاد می کنند.¹⁰ هرتز.

به دلیل اثر لیزر، جریان یونی که از رهگیری های رانویر می گذرد نه تنها حالت های ارتعاشی مولکول هایی را که این رهگیری ها را تشکیل می دهند (که تبدیل ساده ای از انرژی جریان یونی به انرژی گرمایی خواهد بود) تحریک می کند: رهگیری های رانویر، حالت های نوسانی هماهنگ می شوند، در نتیجه نوسانات منسجم فرکانس تشدید شکل می گیرد.

نوسانات ایجاد شده در رهگیری های رانویر به شکل امواج صوتی با فرکانس مافوق صوت به داخل غلاف های میلین منتشر می شود، جایی که آنها یک "الگوی تداخل" آکوستیک (فوق صوت) را تشکیل می دهند که به عنوان حامل مادی سیستم اطلاعاتی مغز عمل می کند

II. سیستم اطلاعاتی مغز مانند یک کامپیوتر کوانتومی که کیوبیت های آن حالت های ارتعاشی آکوستوالکتریک هستند

اگر نتیجه گیری در مورد وجود نوسانات صوتی منسجم با فرکانس بالا در مغز با واقعیت مطابقت داشته باشد، به احتمال بسیار زیاد سیستم اطلاعاتی مغز بر اساس این نوسانات کار می کند: مطمئناً باید از چنین رسانه بزرگی برای ضبط استفاده شود. و بازتولید اطلاعات

وجود ارتعاشات مافوق صوت منسجم به مغز اجازه می دهد تا در حالت یک کامپیوتر کوانتومی کار کند. اجازه دهید محتمل ترین مکانیسم را برای تحقق یک کامپیوتر کوانتومی "مغزی" در نظر بگیریم، که در آن سلول های اولیه اطلاعات (کیوبیت ها) بر اساس حالت های نوسانی مافوق صوت ایجاد می شوند.

کیوبیت یک ترکیب خطی دلخواه از حالت های پایه است | Ψ₀> و | Ψ₁> با ضرایب α، β که شرایط عادی سازی α را برآورده می کند² + β² = 1.در مورد حالت های ارتعاشی، حالت های پایه می توانند با هر یک از 4 پارامتر مشخص کننده این حالت ها متفاوت باشند: دامنه، فرکانس، قطبش، فاز.

دامنه و فرکانس احتمالاً برای ایجاد یک کیوبیت استفاده نمی شود، زیرا در تمام نواحی آکسون ها این 2 پارامتر تقریباً یکسان هستند.

احتمال سوم و چهارم باقی می ماند: قطبی شدن و فاز. کیوبیت‌های مبتنی بر پلاریزاسیون و فاز ارتعاشات صوتی کاملاً مشابه کیوبیت‌هایی هستند که در آنها از قطبش و فاز فوتون‌ها استفاده می‌شود (جایگزینی فوتون‌ها با فونون‌ها اهمیت اساسی ندارد).

این احتمال وجود دارد که پلاریزاسیون و فاز با هم برای تشکیل کیوبیت های صوتی در شبکه میلین مغز استفاده شوند. مقادیر این 2 کمیت نوع بیضی را تعیین می کند که حالت نوسانی در هر مقطع از غلاف میلین آکسون ایجاد می کند: حالت های اصلی کیوبیت های صوتی یک کامپیوتر کوانتومی در مغز توسط قطبش بیضی داده می شود..

تعداد آکسون های مغز با تعداد نورون ها مطابقت دارد: حدود 10¹¹… یک آکسون به طور متوسط 30 بخش میلین دارد و هر بخش می تواند به عنوان یک کیوبیت عمل کند. این بدان معنی است که تعداد کیوبیت ها در سیستم اطلاعاتی مغز می تواند به 3 * 10 برسد¹².

ظرفیت اطلاعات دستگاهی با این تعداد کیوبیت معادل یک کامپیوتر معمولی است که حافظه آن 2 عدد است.^{3 000 000 000 000}بیت ها

این مقدار 10 میلیارد مرتبه بزرگتر از تعداد ذرات موجود در جهان است (10)⁸⁰). چنین ظرفیت اطلاعاتی بزرگی از رایانه کوانتومی مغز به شما امکان می دهد تا حجم زیادی از اطلاعات را به دلخواه ثبت کنید و هر مشکلی را حل کنید.

برای ثبت اطلاعات، نیازی به ایجاد دستگاه ضبط خاصی ندارید: اطلاعات را می توان در همان رسانه ای که اطلاعات با آن پردازش می شود (در حالت های کوانتومی کیوبیت) ذخیره کرد.

هر تصویر و حتی هر "سایه" یک تصویر (با در نظر گرفتن تمام ارتباطات یک تصویر داده شده با تصاویر دیگر) می تواند با نقطه ای در فضای هیلبرت مرتبط باشد که مجموعه ای از حالات کیوبیت های یک کامپیوتر کوانتومی را در مغز منعکس می کند.. هنگامی که مجموعه ای از کیوبیت ها در یک نقطه در فضای هیلبرت قرار می گیرند، این تصویر در هوشیاری "چشمک می زند" و بازتولید می شود.

درهم تنیدگی کیوبیت های آکوستیک در یک کامپیوتر کوانتومی در مغز را می توان به دو روش انجام داد.

راه اول: به دلیل وجود تماس نزدیک بین قسمت های شبکه میلین مغز و انتقال درهم تنیدگی از طریق این تماس ها.

راه دوم: درهم تنیدگی می تواند در نتیجه تکرارهای متعدد یک مجموعه از حالت های ارتعاشی ظاهر شود: همبستگی بین این حالت ها به یک حالت کوانتومی واحد تبدیل می شود که بین عناصر آن یک ارتباط غیرمحلی برقرار می شود (احتمالاً با کمک NR¹- خطوط مستقیم [1]). وجود یک اتصال غیر محلی به شبکه اطلاعاتی مغز اجازه می دهد تا محاسبات ثابتی را با استفاده از "موازی کوانتومی" انجام دهد.

این ویژگی است که به کامپیوتر کوانتومی مغز قدرت محاسباتی بسیار بالایی می دهد.

برای اینکه کامپیوتر کوانتومی مغز به طور موثر کار کند، نیازی به استفاده از تمام 3 * 10 نیست¹² کیوبیت های بالقوه عملکرد یک کامپیوتر کوانتومی کارآمد خواهد بود حتی اگر تعداد کیوبیت ها حدود هزار باشد (10³). این تعداد کیوبیت را می توان در یک بسته آکسونی تشکیل داد که تنها از 30 آکسون تشکیل شده است (هر عصب می تواند یک کامپیوتر کوانتومی "مینی" باشد). بنابراین، یک کامپیوتر کوانتومی می تواند بخش کوچکی از مغز را اشغال کند و بسیاری از کامپیوترهای کوانتومی می توانند در مغز وجود داشته باشند.

اعتراض اصلی به مکانیسم پیشنهادی سیستم اطلاعات مغز، تضعیف زیاد امواج فراصوت است. با اثر «روشنگری» می توان بر این مانع فائق آمد.

شدت حالت های ارتعاشی ایجاد شده ممکن است برای انتشار در حالت شفافیت خود القا شده کافی باشد (ارتعاشات حرارتی که می توانند انسجام حالت ارتعاشی را از بین ببرند، خود بخشی از این حالت ارتعاشی می شوند).

III. یک کامپیوتر کوانتومی که بر اساس اصول فیزیکی مشابه مغز انسان ساخته شده است

اگر سیستم اطلاعاتی مغز واقعاً مانند یک کامپیوتر کوانتومی کار می کند که کیوبیت های آن حالت های آکوستوالکتریک هستند، پس می توان کامپیوتری ساخت که بر اساس همان اصول کار کند.

در 5-6 ماه آینده، نویسنده قصد دارد درخواستی برای ثبت اختراع برای یک کامپیوتر کوانتومی که سیستم اطلاعاتی مغز را شبیه سازی می کند، ثبت کند.

پس از 5-6 سال، می توان انتظار ظهور اولین نمونه های هوش مصنوعی را داشت که بر روی تصویر و شباهت مغز انسان کار می کنند.

کامپیوترهای کوانتومی از کلی ترین قوانین مکانیک کوانتومی استفاده می کنند. طبیعت هیچ قانون کلی تری را "اختراع" نکرده است، بنابراین کاملاً طبیعی است که آگاهی بر اساس اصل یک کامپیوتر کوانتومی کار می کند و از حداکثر امکانات برای پردازش و ضبط اطلاعات ارائه شده توسط طبیعت استفاده می کند..

انجام آزمایش مستقیم برای تشخیص نوسانات آکوستوالکتریک منسجم در شبکه میلین مغز توصیه می شود. برای انجام این کار، باید قسمت هایی از شبکه میلین مغز را با پرتو لیزر تابش کرد و سعی کرد مدولاسیون را با فرکانس حدود 5 * 10 در نور عبوری یا بازتابی تشخیص دهد.¹⁰ هرتز

آزمایش مشابهی را می توان بر روی مدل فیزیکی یک آکسون انجام داد، به عنوان مثال. یک غشای مصنوعی ایجاد شده با کانال های یونی داخلی. این آزمایش اولین قدم برای ایجاد یک کامپیوتر کوانتومی خواهد بود که کار آن بر اساس اصول فیزیکی مشابه کار مغز انجام خواهد شد.

ایجاد رایانه‌های کوانتومی که مانند مغز (و بهتر از مغز) کار می‌کنند، پشتیبانی اطلاعاتی تمدن را به سطح کیفی جدیدی ارتقا می‌دهد.

نتیجه

نویسنده سعی می کند توجه جامعه علمی را به کار ربع قرن پیش جلب کند [2]، که ممکن است برای درک مکانیسم سیستم اطلاعات مغز و شناسایی ماهیت آگاهی مهم باشد. ماهیت کار اثبات این است که بخش‌های منفرد غشاهای عصبی (رهگیری‌های Ranvier) به عنوان منابع نوسانات آکوستوالکتریک منسجم عمل می‌کنند.

تازگی اساسی این کار در توصیف مکانیسمی است که توسط آن نوسانات ایجاد شده در رهگیری های رانویر برای عملکرد سیستم اطلاعاتی مغز به عنوان حامل حافظه و آگاهی استفاده می شود.

این فرضیه ثابت شده است که سیستم اطلاعاتی مغز مانند یک کامپیوتر کوانتومی کار می کند که در آن عملکرد کیوبیت ها توسط حالت های نوسانی آکوستوالکتریک در غشای نورون ها انجام می شود. وظیفه اصلی کار اثبات این تز است که مغز یک کامپیوتر کوانتومی است که کیوبیت های آن نوسانات منسجم غشای عصبی هستند.

همراه با پلاریزاسیون و فاز، یکی دیگر از پارامترهای امواج مافوق صوت در غشاهای عصبی که می توان از آن برای تشکیل کیوبیت استفاده کرد، پیچش است (این عدد 5 است.^{و من} مشخصه امواج، منعکس کننده حضور تکانه زاویه ای مداری).

ایجاد امواج چرخشی هیچ مشکل خاصی ایجاد نمی کند: برای این، ساختارها یا نقص های مارپیچی باید در مرز رهگیری های Ranvier و مناطق میلین وجود داشته باشد. احتمالاً چنین ساختارها و نقص هایی وجود دارد (و غلاف های میلین خود مارپیچی هستند).

طبق مدل پیشنهادی، حامل اصلی اطلاعات در مغز ماده سفید مغز (غلاف میلین) است و نه ماده خاکستری، همانطور که در حال حاضر تصور می شود.غلاف های میلین نه تنها برای افزایش سرعت انتشار پتانسیل های عمل، بلکه حامل اصلی حافظه و هوشیاری هستند: بیشتر اطلاعات در ماده سفید و نه در ماده خاکستری مغز پردازش می شود.

در چارچوب مدل پیشنهادی سیستم اطلاعاتی مغز، مشکل روانی که توسط دکارت مطرح شده راه‌حلی پیدا می‌کند: «چگونه بدن و روح در یک فرد با هم ارتباط دارند؟»، به عبارت دیگر، رابطه ماده و آگاهی چیست؟

پاسخ به شرح زیر است: روح در فضای هیلبرت وجود دارد، اما توسط کیوبیت های کوانتومی تشکیل شده توسط ذرات مادی موجود در فضا-زمان ایجاد می شود..

فناوری مدرن قادر است ساختار شبکه آکسونی مغز را بازتولید کند و بررسی کند که آیا ارتعاشات مافوق صوت واقعاً در این شبکه ایجاد می شود یا خیر و سپس یک کامپیوتر کوانتومی ایجاد می کند که در آن از این ارتعاشات به عنوان کیوبیت استفاده می شود.

با گذشت زمان، هوش مصنوعی مبتنی بر یک کامپیوتر کوانتومی آکوستوالکتریک می‌تواند از ویژگی‌های کیفی آگاهی انسان فراتر رود. این امکان برداشتن یک گام اساساً جدید در تکامل انسان را فراهم می کند و این گام توسط آگاهی خود شخص انجام می شود.

زمان شروع اجرای بیانیه نهایی کار [2] فرا رسیده است: در آینده، امکان ایجاد یک کامپیوتر عصبی وجود دارد که بر اساس اصول فیزیکی مشابه مغز انسان عمل کند..

نتیجه گیری

1. در غشای نورون ها، نوسانات آکوستوالکتریک منسجم وجود دارد: این نوسانات مطابق با اثر لیزر صوتی در رهگیری های رانویر ایجاد می شوند و در غلاف های میلین منتشر می شوند

2. نوسانات آکوستوالکتریک منسجم در غلاف میلین نورون ها عملکرد کیوبیت ها را انجام می دهند که بر اساس آن سیستم اطلاعاتی مغز بر اساس اصل یک کامپیوتر کوانتومی کار می کند

3. در سال های آینده امکان ایجاد هوش مصنوعی وجود دارد که یک کامپیوتر کوانتومی است که بر اساس همان اصول فیزیکی که سیستم اطلاعاتی مغز بر روی آن کار می کند کار می کند

ادبیات

1. V. A. شاشلوف، مدل جدید کیهان (I) // "آکادمی تثلیث"، M.، El No. 77-6567، publ. 24950, 2018/11/20