Neyron kubitlar yoki miyaning kvant kompyuteri qanday ishlashi

2024 Muallif: Seth Attwood | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-16 16:19

Gipersonik diapazonda neyronlarning membranalarida sodir bo'ladigan jismoniy jarayonlar ko'rsatilgan. Ushbu jarayonlar miyaning axborot tizimi bo'lgan kvant kompyuterining asosiy elementlarini (qubitlarini) shakllantirish uchun asos bo'lishi mumkinligi ko'rsatilgan. Miya ishlaydigan xuddi shunday fizik tamoyillar asosida kvant kompyuterini yaratish taklif qilinmoqda.

Material gipoteza sifatida taqdim etiladi.

Kirish. Muammoni shakllantirish

Ushbu ish oldingi ishning yakuniy (No12) xulosasi mazmunini ochib berishga mo'ljallangan [1]: “Miya kvant kompyuteri kabi ishlaydi, unda qubitlar funktsiyasi neyronlarning miyelin qobig'i bo'limlarining kogerent akustoelektrik tebranishlari orqali amalga oshiriladi va bu bo'limlar orasidagi bog'lanish NR orqali mahalliy bo'lmagan o'zaro ta'sir tufayli amalga oshiriladi.¹- to'g'ridan-to'g'ri ".

Ushbu xulosaga asos bo'lgan asosiy g'oya chorak asr oldin "Radiofizika" [2] jurnalida nashr etilgan. G'oyaning mohiyati shundaki, neytronlarning alohida bo'limlarida, ya'ni Ranvierning tutilishida ~ 5 * 10 chastotali kogerent akustoelektrik tebranishlar hosil bo'ladi.¹⁰Hz va bu tebranishlar miyaning axborot tizimida axborotning asosiy tashuvchisi bo'lib xizmat qiladi.

Ushbu hujjat shuni ko'rsatadi neyronlarning membranalaridagi akustoelektrik tebranish rejimlari qubitlar funktsiyasini bajarishga qodir, ular asosida miyaning axborot tizimining ishi kvant kompyuteri sifatida qurilgan..

Ishning maqsadi

Ushbu ish 3 ta maqsadni ko'zlaydi:

1) 25 yil oldin neyronlarning membranalarida kogerent gipertovushli tebranishlar hosil bo'lishi mumkinligi ko'rsatilgan ish [2] ga e'tiborni qaratish;

2) neyronlar membranalarida kogerent gipertovushli tebranishlar mavjudligiga asoslangan miya axborot tizimining yangi modelini tavsiflash;

3) ishi miyaning axborot tizimining ishini maksimal darajada taqlid qiladigan kvant kompyuterining yangi turini taklif qilish.

Ishning mazmuni

Birinchi bo'lim 5 * 10 tartibli chastotali kogerent akustoelektrik tebranishlarning neyronlari membranalarida hosil bo'lishning fizik mexanizmini tavsiflaydi.¹⁰Hz.

Ikkinchi bo'limda neyronlarning membranalarida hosil bo'ladigan kogerent tebranishlarga asoslangan miya axborot tizimining tamoyillari tasvirlangan.

Uchinchi bo'limda miyaning axborot tizimini simulyatsiya qiluvchi kvant kompyuterini yaratish taklif etiladi.

I. Neyronlarning membranalarida kogerent tebranishlarning tabiati

Neyronning tuzilishi nevrologiyaga oid har qanday monografiyada tasvirlangan. Har bir neyron asosiy tanani, ko'plab jarayonlarni (dendritlar) o'z ichiga oladi, ular orqali u boshqa hujayralardan signallarni oladi va uzoq jarayon (akson), bu orqali o'zi elektr impulslarini (harakat potentsiallari) chiqaradi.

Kelajakda biz faqat aksonlarni ko'rib chiqamiz. Har bir akson bir-biri bilan almashinadigan 2 turdagi maydonlarni o'z ichiga oladi:

1. Ranvierning tutib olishlari, 2. miyelin qobiqlari.

Ranvierning har bir tutilishi ikkita miyelinli segmentlar orasida joylashgan. Ranvierni tutib olish uzunligi miyelin segmentining uzunligidan 3 marta kichikroq: Ranvierni tutib olish uzunligi 10 ga teng.^-4sm (bir mikron), miyelin segmentining uzunligi esa 10 ga teng^-1sm (bir millimetr).

Ranvierning tutilishi - bu ion kanallari o'rnatilgan joylar. Bu kanallar orqali Na ionlari⁺ va K⁺ akson ichiga va tashqarisiga kirib, natijada harakat potentsiallari hosil bo'ladi. Hozirgi vaqtda harakat potentsiallarining shakllanishi Ranvierning tutib olishlarining yagona funktsiyasi deb hisoblanadi.

Biroq, ishda [2] Ranvierning tutib olishlari yana bir muhim funktsiyani bajarishga qodir ekanligi ko'rsatilgan: Ranvierning tutilishida kogerent akustoelektrik tebranishlar hosil bo'ladi..

Kogerent akustoelektrik tebranishlarning hosil bo'lishi Ranvierning tutilishida amalga oshiriladigan akustoelektrik lazer effekti tufayli amalga oshiriladi, chunki bu effektni amalga oshirish uchun ikkala zarur shart ham bajariladi:

1) tebranish rejimlari qo'zg'atiladigan nasosning mavjudligi;

2) teskari aloqa amalga oshiriladigan rezonatorning mavjudligi.

1) Nasos Na ion oqimlari bilan ta'minlanadi⁺ va K⁺Ranvierning tutqichlari orqali oqadi. Kanallarning yuqori zichligi tufayli (10¹² sm^-2) va ularning yuqori o'tkazuvchanligi (10⁷ ion / sek), Ranvierning tutilishi orqali ion oqimining zichligi juda yuqori. Kanal orqali o'tadigan ionlar kanalning ichki yuzasini tashkil etuvchi bo'linmalarning tebranish rejimlarini qo'zg'atadi va lazer effekti tufayli bu rejimlar sinxronlashtirilib, kogerent gipertovushli tebranishlarni hosil qiladi.

2) Tarqalgan fikr-mulohazalarni yaratuvchi rezonator vazifasini miyelin qobig'ida mavjud bo'lgan davriy tuzilma bajaradi, ular orasida Ranvierning tutilishlari o'rnatiladi. Davriy struktura qalinligi d ~ 10 bo'lgan membrana qatlamlari tomonidan yaratilgan^-6 sm.

Bu davr rezonans to'lqin uzunligi l ~ 2d ~ 2 * 10 ga to'g'ri keladi^-6 sm va chastotasi n ~ y / l ~ 5 * 10¹⁰ Hz, y ~ 10⁵ sm / sek - gipersonik to'lqinlarning tezligi.

Muhim rolni ion kanallarining selektivligi o'ynaydi. Kanallarning diametri ionlarning diametriga to'g'ri keladi, shuning uchun ionlar kanalning ichki yuzasini qoplaydigan bo'linmalar bilan yaqin aloqada bo'ladi.

Natijada, ionlar o'z energiyasining katta qismini ushbu bo'linmalarning tebranish rejimlariga o'tkazadi: ionlarning energiyasi kanallarni tashkil etuvchi bo'linmalarning tebranish energiyasiga aylanadi, bu nasosning fizik sababidir.

Lazer effektini amalga oshirish uchun ikkala zarur shartning bajarilishi Ranvierning tutilishi akustik lazerlar ekanligini anglatadi (hozir ular "sazerlar" deb ataladi). Neyron membranalarida sasersning o'ziga xos xususiyati shundaki, nasos ion oqimi bilan amalga oshiriladi: Ranvier tutilishi ~ 5 * 10 chastotali kogerent akustoelektrik tebranishlarni hosil qiluvchi sasersdir.¹⁰ Hz.

Lazer effekti tufayli Ranvierning tutilishidan o'tadigan ion oqimi nafaqat ushbu tutilishlarni tashkil etuvchi molekulalarning tebranish rejimlarini qo'zg'atadi (bu ion oqimining energiyasini issiqlik energiyasiga oddiy aylantirish bo'lar edi): Ranvierning tutilishi, tebranish rejimlari sinxronlashtiriladi, buning natijasida rezonans chastotasining kogerent tebranishlari hosil bo'ladi.

Gipertovush chastotasining akustik to'lqinlari ko'rinishidagi Ranvier tutilishida hosil bo'lgan tebranishlar miyelin qobig'iga tarqalib, u erda miyaning axborot tizimining moddiy tashuvchisi bo'lib xizmat qiladigan akustik (gipersonik) "interferentsiya naqshini" hosil qiladi

II. Miyaning axborot tizimi, xuddi kvant kompyuteri kabi, qubitlari akustoelektrik tebranish rejimlari

Agar miyada yuqori chastotali kogerent akustik tebranishlar mavjudligi haqidagi xulosa haqiqatga to'g'ri keladigan bo'lsa, unda miyaning axborot tizimi ushbu tebranishlar asosida ishlaydi: bunday sig'imli vosita, albatta, yozib olish uchun ishlatilishi kerak. va ma'lumotlarni takrorlash.

Kogerent gipertovushli tebranishlarning mavjudligi miyaning kvant kompyuteri rejimida ishlashiga imkon beradi. Gipersonik tebranish rejimlari asosida axborotning elementar hujayralari (qubitlar) yaratilgan "miya" kvant kompyuterini amalga oshirishning eng ehtimoliy mexanizmini ko'rib chiqaylik.

Qubit - bu asosiy holatlarning ixtiyoriy chiziqli birikmasi | r₀> va | r₁> a normallashtirish shartini qanoatlantiruvchi a, b koeffitsientlari bilan² + b² = 1. Tebranish rejimlarida bazaviy holatlar ushbu rejimlarni tavsiflovchi 4 ta parametrdan har biri bilan farq qilishi mumkin: amplituda, chastota, polarizatsiya, faza.

Amplituda va chastota, ehtimol, kubitni yaratish uchun ishlatilmaydi, chunki aksonlarning barcha sohalarida bu 2 parametr taxminan bir xil.

Uchinchi va to'rtinchi imkoniyatlar saqlanib qolmoqda: polarizatsiya va faza. Polarizatsiya va akustik tebranishlar fazasiga asoslangan qubitlar fotonlarning polarizatsiyasi va fazasi qo'llaniladigan qubitlarga mutlaqo o'xshashdir (fotonlarni fononlarga almashtirish fundamental ahamiyatga ega emas).

Polarizatsiya va faza birgalikda miyaning miyelin tarmog'ida akustik kubitlarni hosil qilish uchun ishlatiladi. Ushbu 2 miqdorning qiymatlari akson miyelin qobig'ining har bir kesimida tebranish rejimi hosil qiladigan ellips turini aniqlaydi: Miyadagi kvant kompyuterining akustik kubitlarining asosiy holatlari elliptik polarizatsiya orqali berilgan..

Miyadagi aksonlarning soni neyronlar soniga to'g'ri keladi: taxminan 10 ta¹¹… Akson o'rtacha 30 ta miyelin segmentiga ega va har bir segment qubit vazifasini bajarishi mumkin. Bu miyaning axborot tizimidagi kubitlar soni 3 * 10 ga yetishi mumkinligini anglatadi¹².

Bunday sonli kubitlarga ega qurilmaning axborot sig'imi an'anaviy kompyuterga teng bo'lib, uning xotirasi 2 tani o'z ichiga oladi.^{3 000 000 000 000}bitlar.

Bu qiymat koinotdagi zarralar sonidan 10 milliard marta kattaroqdir (10 ta⁸⁰). Miyaning kvant kompyuterining bunday katta axborot sig'imi sizga o'zboshimchalik bilan katta hajmdagi ma'lumotlarni yozib olish va har qanday muammolarni hal qilish imkonini beradi.

Ma'lumotni yozib olish uchun maxsus yozib olish moslamasini yaratish shart emas: ma'lumot ma'lumot qayta ishlanadigan bir xil muhitda (qubitlarning kvant holatlarida) saqlanishi mumkin.

Har bir tasvir va hatto tasvirning har bir "soyasi" (ma'lum tasvirning boshqa tasvirlar bilan barcha o'zaro bog'liqliklarini hisobga olgan holda) miyadagi kvant kompyuterining kubitlari holatini aks ettiruvchi Gilbert fazosidagi nuqta bilan bog'lanishi mumkin.. Xilbert fazosining bir nuqtasida qubitlar to'plami bo'lsa, bu tasvir ongda "miltillaydi" va u qayta ishlab chiqariladi.

Miyadagi kvant kompyuterida akustik kubitlarni bog'lash ikki yo'l bilan amalga oshirilishi mumkin.

Birinchi yo'l: miyaning miyelin tarmog'ining qismlari o'rtasida yaqin aloqa mavjudligi va bu kontaktlar orqali bog'lanishning o'tkazilishi tufayli.

Ikkinchi yo'l: chalkashlik bir xil tebranish rejimlarining bir nechta takrorlanishi natijasida paydo bo'lishi mumkin: bu rejimlar orasidagi korrelyatsiya yagona kvant holatiga aylanadi, uning elementlari o'rtasida nolokal aloqa o'rnatiladi (ehtimol, NR¹- to'g'ri chiziqlar [1]). Mahalliy bo'lmagan ulanishning mavjudligi miyaning axborot tarmog'iga "kvant parallelizmi" yordamida izchil hisob-kitoblarni amalga oshirish imkonini beradi.

Aynan shu xususiyat miyaning kvant kompyuteriga juda yuqori hisoblash quvvatini beradi.

Miyaning kvant kompyuteri samarali ishlashi uchun barcha 3 * 10 dan foydalanish shart emas¹² potentsial kubitlar. Kvant kompyuterining ishlashi qubitlar soni mingga yaqin bo'lsa ham samarali bo'ladi (10³). Bu miqdordagi kubitlar faqat 30 ta aksondan tashkil topgan bitta akson to'plamida shakllanishi mumkin (har bir nerv "mini" kvant kompyuteri bo'lishi mumkin). Shunday qilib, kvant kompyuteri miyaning kichik qismini egallashi mumkin va miyada ko'plab kvant kompyuterlari mavjud bo'lishi mumkin.

Miya axborot tizimining taklif qilingan mexanizmiga asosiy e'tiroz hipersonik to'lqinlarning katta zaiflashuvidir. Bu to‘siqni “ma’rifat” effekti bilan yengib o‘tish mumkin.

Yaratilgan tebranish rejimlarining intensivligi o'z-o'zidan paydo bo'lgan shaffoflik rejimida tarqalish uchun etarli bo'lishi mumkin (tebranish rejimining uyg'unligini buzishi mumkin bo'lgan issiqlik tebranishlari o'zlari ushbu tebranish rejimining bir qismiga aylanadi).

III. Kvant kompyuteri inson miyasi bilan bir xil jismoniy tamoyillar asosida qurilgan

Agar miyaning axborot tizimi haqiqatan ham kvant kompyuteri kabi ishlayotgan bo'lsa, uning qubitlari akustoelektrik rejimlar bo'lsa, xuddi shu printsiplar asosida ishlaydigan kompyuterni yaratish juda mumkin.

Muallif yaqin 5-6 oy ichida miyaning axborot tizimini simulyatsiya qiluvchi kvant kompyuteriga patent olish uchun ariza topshirmoqchi.

5-6 yildan so'ng biz sun'iy intellektning birinchi namunalari paydo bo'lishini kutishimiz mumkin, ular inson miyasining tasviri va o'xshashligida ishlaydi.

Kvant kompyuterlari kvant mexanikasining eng umumiy qonunlaridan foydalanadi. Tabiat boshqa umumiy qonunlarni "ixtiro qilmagan", shuning uchun bu mutlaqo tabiiydir ong tabiat tomonidan taqdim etilgan ma'lumotlarni qayta ishlash va yozib olishning maksimal imkoniyatlaridan foydalangan holda kvant kompyuteri printsipi asosida ishlaydi..

Miyaning miyelin tarmog'ida kogerent akustoelektrik tebranishlarni aniqlash uchun bevosita tajriba o'tkazish maqsadga muvofiqdir. Buning uchun miyaning miyelin tarmog'ining qismlarini lazer nurlari bilan nurlantirish va uzatilgan yoki aks ettirilgan nurda taxminan 5 * 10 chastotali modulyatsiyani aniqlashga harakat qilish kerak.¹⁰ Hz.

Shunga o'xshash tajriba aksonning fizik modelida o'tkazilishi mumkin, ya'ni. o'rnatilgan ion kanallari bilan sun'iy ravishda yaratilgan membrana. Ushbu tajriba kvant kompyuterini yaratish yo'lidagi birinchi qadam bo'ladi, uning ishi miya ishi bilan bir xil jismoniy printsiplar asosida amalga oshiriladi.

Miya kabi ishlaydigan (va miyadan ham yaxshiroq) kvant kompyuterlarini yaratish sivilizatsiyani axborot bilan ta'minlashni sifat jihatidan yangi darajaga ko'taradi.

Xulosa

Muallif ilmiy jamoatchilik e'tiborini chorak asr oldin [2] ishiga qaratishga harakat qiladi, bu miyaning axborot tizimining mexanizmini tushunish va ongning tabiatini aniqlash uchun muhim bo'lishi mumkin. Ishning mohiyati neyron membranalarining alohida bo'limlari (Ranvier tutilishi) kogerent akustoelektrik tebranishlarning manbalari bo'lib xizmat qilishini isbotlashdan iborat.

Ushbu ishning asosiy yangiligi Ranvierning tutilishida hosil bo'lgan tebranishlar xotira va ong tashuvchisi sifatida miyaning axborot tizimining ishlashi uchun foydalanish mexanizmini tavsiflashdadir.

Gipoteza miyaning axborot tizimi kvant kompyuteri kabi ishlaydi, unda qubitlar funktsiyasi neyronlar membranalarida akustoelektrik tebranish rejimlari tomonidan amalga oshiriladi. Ishning asosiy vazifasi tezisni asoslashdan iborat miya kvant kompyuteridir, uning kubitlari neyron membranalarining kogerent tebranishlaridir..

Polarizatsiya va faza bilan bir qatorda, kubitlarni hosil qilish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan neyron membranalarida gipersonik to'lqinlarning yana bir parametri burishdir (bu 5 ga teng).^{va men} orbital burchak momentining mavjudligini aks ettiruvchi to'lqinlarning xarakteristikasi).

Aylanadigan to'lqinlarning yaratilishi hech qanday qiyinchilik tug'dirmaydi: buning uchun Ranvier tutqichlari va miyelin mintaqalari chegarasida spiral tuzilmalar yoki nuqsonlar mavjud bo'lishi kerak. Ehtimol, bunday tuzilmalar va nuqsonlar mavjud (va miyelin qobig'ining o'zi spiraldir).

Taklif etilayotgan modelga ko'ra, miyadagi ma'lumotlarning asosiy tashuvchisi hozirda ishonilganidek, kulrang materiya emas, balki miyaning oq moddasi (miyelin qobig'i) hisoblanadi. Miyelin qobig'i nafaqat harakat potentsiallarining tarqalish tezligini oshirishga, balki xotira va ongning asosiy tashuvchisiga ham xizmat qiladi: ma'lumotlarning aksariyati miyaning kulrang moddasida emas, balki oq rangda qayta ishlanadi.

Miyaning axborot tizimining taklif etilgan modeli doirasida Dekart tomonidan qo'yilgan psixofizik muammo o'z yechimini topadi: "Insonda tana va ruh qanday bog'liq?", Boshqacha qilib aytganda, materiya va ong o'rtasidagi bog'liqlik qanday?

Javob quyidagicha: ruh Hilbert fazosida mavjud, lekin fazoda mavjud bo'lgan moddiy zarralar tomonidan hosil qilingan kvant kubitlari tomonidan yaratilgan..

Zamonaviy texnologiyalar miyaning aksonal tarmog'ining tuzilishini qayta ishlab chiqarishga va gipertovushli tebranishlar haqiqatan ham ushbu tarmoqda hosil bo'lganligini tekshirishga qodir, keyin esa bu tebranishlar qubit sifatida ishlatiladigan kvant kompyuterini yaratadi.

Vaqt o'tishi bilan akustoelektrik kvant kompyuteriga asoslangan sun'iy intellekt inson ongining sifat xususiyatlaridan oshib ketishi mumkin bo'ladi. Bu inson evolyutsiyasida tubdan yangi qadam tashlashga imkon beradi va bu qadam insonning o'zi tomonidan amalga oshiriladi.

Ishning yakuniy bayonotini [2] amalga oshirishni boshlash vaqti keldi: “Kelajakda inson miyasi bilan bir xil jismoniy tamoyillar asosida ishlaydigan neyrokompyuter yaratish mumkin”..

xulosalar

1. Neyronlarning membranalarida kogerent akustoelektrik tebranishlar mavjud: bu tebranishlar Ranvier tutilishida akustik lazer effektiga mos ravishda hosil bo'ladi va mielin qoplamiga tarqaladi

2. Neyronlarning miyelin qobig'idagi kogerent akustoelektrik tebranishlar kubitlar funktsiyasini bajaradi, ular asosida miyaning axborot tizimi kvant kompyuteri printsipi bo'yicha ishlaydi

3. Yaqin yillarda miyaning axborot tizimi ishlaydigan xuddi shunday fizik prinsiplar asosida ishlaydigan kvant kompyuteri bo‘lgan sun’iy intellektni yaratish mumkin

ADABIYOT

1. V. A. Shashlov, Koinotning yangi modeli (I) // "Trinitarizm akademiyasi", M., El No 77-6567, nashr. 24950, 20.11.2018 yil