Нейрондық кубиттер немесе мидың кванттық компьютері қалай жұмыс істейді

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

Гиперсоникалық диапазондағы нейрондардың мембраналарында болатын физикалық процестер көрсетілген. Бұл процестер мидың ақпараттық жүйесі болып табылатын кванттық компьютердің негізгі элементтерін (кубиттерін) қалыптастыруға негіз бола алатыны көрсетілген. Ми жұмыс істейтін физикалық принциптерге негізделген кванттық компьютерді жасау ұсынылады.

Материал гипотеза ретінде берілген.

Кіріспе. Мәселені тұжырымдау

Бұл жұмыс алдыңғы жұмыстың қорытынды (No12) қорытындысының мазмұнын ашуға арналған [1]: «Ми кванттық компьютер сияқты жұмыс істейді, онда кубиттердің функциясы нейрондардың миелиндік қабықшаларының бөлімдерінің когерентті акустоэлектрлік тербелістері арқылы орындалады, ал бұл бөлімдер арасындағы байланыс NR арқылы жергілікті емес өзара әрекеттесу есебінен жүзеге асырылады.¹-тікелей.

Бұл тұжырымның негізінде жатқан іргелі ой осыдан ширек ғасыр бұрын «Радиофизика» журналында жарияланған [2]. Идеяның мәні нейтрондардың жекелеген бөлімдерінде, атап айтқанда, Ранвьенің кесінділерінде ~ 5 * 10 жиілікпен когерентті акустоэлектрлік тербелістер туындайтынында болды.¹⁰Гц, және бұл ауытқулар мидың ақпараттық жүйесінде ақпараттың негізгі тасымалдаушысы қызметін атқарады.

Бұл қағаз соны көрсетеді нейрондардың мембраналарындағы акустоэлектрлік тербеліс режимдері кванттық компьютер ретінде мидың ақпараттық жүйесінің жұмысы құрылатын кубиттер қызметін атқаруға қабілетті.

Жұмыс мақсаты

Бұл жұмыстың 3 мақсаты бар:

1) 25 жыл бұрын нейрондардың мембраналарында когерентті гипердыбыстық тербелістер пайда болуы мүмкін екендігі көрсетілген жұмысқа [2] назар аудару, 2) нейрондардың мембраналарында когерентті гипердыбыстық тербелістердің болуына негізделген мидың ақпараттық жүйесінің жаңа моделін сипаттау;

3) жұмысы мидың ақпараттық жүйесінің жұмысын барынша имитациялайтын кванттық компьютердің жаңа түрін ұсыну.

Жұмыстың мазмұны

Бірінші бөлімде 5*10 ретті жиіліктегі когерентті акустоэлектрлік тербелістер нейрондарының мембраналарында генерациялаудың физикалық механизмі сипатталған.¹⁰Hz.

Екінші бөлімде нейрондардың мембраналарында түзілетін когерентті тербелістерге негізделген мидың ақпараттық жүйесінің принциптері сипатталған.

Үшінші бөлімде мидың ақпараттық жүйесін имитациялайтын кванттық компьютерді жасау ұсынылады.

I. Нейрондардың мембраналарындағы когерентті тербелістердің табиғаты

Нейронның құрылымы неврология бойынша кез келген монографияда сипатталған. Әрбір нейронның негізгі денесі, көптеген процестері (дендриттер), олар арқылы басқа жасушалардан сигналдар және ұзақ процесс (аксон), ол арқылы өзі электрлік импульстарды (әрекет потенциалдары) шығарады.

Болашақта біз тек аксондарды қарастырамыз. Әрбір аксон бір-бірімен кезектесіп тұратын 2 типті аймақтарды қамтиды:

1. Ранвьенің кедергілері, 2. миелинді қабықтар.

Ранвьенің әрбір ұсталуы екі миелинді сегменттер арасында орналасқан. Ранвье кесуінің ұзындығы миелин сегментінің ұзындығынан 3 рет кіші: Ранвьенің кесіп алуының ұзындығы 10^-4см (бір микрон), ал миелин сегментінің ұзындығы 10^-1см (бір миллиметр).

Ранвьенің тосқауылдары иондық арналар енгізілген учаскелер болып табылады. Осы арналар арқылы Na иондары⁺ және Қ⁺ аксонға еніп, сыртқа еніп, нәтижесінде әрекет потенциалы пайда болады. Қазіргі уақытта әрекет потенциалының қалыптасуы Ранвьенің ұстап қалуының жалғыз функциясы болып табылады деп есептеледі.

Алайда, [2] жұмысында Ранвьенің ұстап алулары тағы бір маңызды функцияны орындауға қабілетті екендігі көрсетілген: Ранвье кедергілерінде когерентті акустоэлектрлік тербелістер пайда болады..

Когерентті акустоэлектрлік тербелістерді генерациялау Ранвьенің ұстауында жүзеге асырылатын акустоэлектрлік лазер эффектісі есебінен жүзеге асырылады, өйткені бұл әсерді жүзеге асыру үшін қажетті екі шарт орындалады:

1) тербеліс режимдері қоздырылатын сорғылардың болуы;

2) кері байланыс жүзеге асырылатын резонатордың болуы.

1) Айдау Na иондық токтармен қамтамасыз етіледі⁺ және Қ⁺Ранвьенің кедергілері арқылы ағып жатыр. Арналардың жоғары тығыздығына байланысты (10¹² см^-2) және олардың жоғары өткізу қабілеті (10⁷ ион/сек), Ранвье кедергілері арқылы өтетін иондық токтың тығыздығы өте жоғары. Арна арқылы өтетін иондар арнаның ішкі бетін құрайтын суббірліктердің тербеліс режимдерін қоздырады және лазерлік әсердің арқасында бұл режимдер синхрондалады, когерентті гипердыбыстық тербелістер түзеді.

2) Таратылған кері байланысты құрайтын резонатордың қызметін миелин қабықшаларында болатын, олардың арасында Ранвьенің кесінділері қоршалған периодты құрылым орындайды. Периодтық құрылымды қалыңдығы d ~ 10 мембраналар қабаттары жасайды^-6 см.

Бұл кезең λ ~ 2d ~ 2 * 10 резонанстық толқын ұзындығына сәйкес келеді^-6 см және жиілігі ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Гц, υ ~ 10⁵ см/сек – гипердыбыстық толқындардың жылдамдығы.

Маңызды рөлді иондық арналардың селективті болуы атқарады. Арналардың диаметрі иондардың диаметрімен сәйкес келеді, сондықтан иондар арнаның ішкі бетін сызатын суббірліктермен тығыз байланыста болады.

Нәтижесінде иондар энергиясының көп бөлігін осы бөлімшелердің тербеліс режимдеріне береді: иондардың энергиясы арналарды құрайтын қосалқы блоктардың тербеліс энергиясына айналады, бұл айдаудың физикалық себебі болып табылады.

Лазерлік әсерді жүзеге асыру үшін қажетті екі шарттың орындалуы Ранвьенің ұстап қалулары акустикалық лазерлер (қазір олар «сазер» деп аталады) екенін білдіреді. Нейрондық мембраналардағы сазерлердің ерекшелігі айдау иондық токпен жүзеге асырылады: Ранвье кедергілері ~ 5 * 10 жиілігі бар когерентті акустоэлектрлік тербелістерді тудыратын сазерлер.¹⁰ Hz.

Лазерлік әсердің арқасында Ранвьенің кедергілері арқылы өтетін иондық ток осы кедергілерді құрайтын молекулалардың діріл режимдерін қоздырып қана қоймайды (бұл иондық ток энергиясын жылу энергиясына қарапайым түрлендіру болар еді): Ранвьенің кедергілері, тербеліс режимдері синхрондалады, соның нәтижесінде резонанстық жиіліктің когерентті тербелістері қалыптасады.

Гипердыбыстық жиіліктің акустикалық толқындары түріндегі Ранвье кедергілерінде пайда болған тербелістер миелиндік қабықтарға таралады, онда олар мидың ақпараттық жүйесінің материалдық тасымалдаушысы қызметін атқаратын акустикалық (гипердыбыстық) «интерференциялық үлгіні» құрайды

II. Мидың ақпараттық жүйесі, кванттық компьютер сияқты, оның кубиттері акустоэлектрлік тербеліс режимдері болып табылады

Егер мида жоғары жиілікті когерентті акустикалық тербелістердің болуы туралы қорытынды шындыққа сәйкес келсе, онда мидың ақпараттық жүйесі осы тербелістердің негізінде жұмыс істеуі әбден мүмкін: мұндай сыйымды орта міндетті түрде жазу үшін қолданылуы керек. және ақпаратты жаңғыртады.

Когерентті гипердыбыстық тербелістердің болуы мидың кванттық компьютер режимінде жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. Гиперсоникалық тербелмелі режимдер негізінде ақпараттың элементар ұяшықтары (кубиттер) құрылатын «ми» кванттық компьютерді жүзеге асырудың ең ықтимал механизмін қарастырайық.

Кубит - негізгі күйлердің еркін сызықтық комбинациясы | Ψ₀> және |Ψ₁> нормалау шартын α қанағаттандыратын α, β коэффициенттерімен² + β² = 1. Діріл режимдері жағдайында базалық күйлер осы режимдерді сипаттайтын 4 параметрдің кез келгені бойынша ерекшеленуі мүмкін: амплитуда, жиілік, поляризация, фаза.

Амплитуда мен жиілік кубит жасау үшін пайдаланылмауы мүмкін, өйткені аксондардың барлық аймақтарында бұл 2 параметр шамамен бірдей.

Үшінші және төртінші мүмкіндіктер қалады: поляризация және фаза. Поляризацияға және акустикалық тербеліс фазасына негізделген кубиттер фотондардың поляризациясы мен фазасы қолданылатын кубиттерге толығымен ұқсас (фотондарды фонондармен ауыстырудың принципті маңызы жоқ).

Поляризация мен фаза мидың миелин желісінде акустикалық кубиттерді қалыптастыру үшін бірге пайдаланылуы мүмкін. Осы 2 шаманың мәндері аксон миелин қабығының әрбір көлденең қимасында тербелмелі режим түзетін эллипс түрін анықтайды: Мидағы кванттық компьютердің акустикалық кубиттерінің негізгі күйлері эллиптикалық поляризация арқылы берілген..

Мидағы аксондар саны нейрондар санына сәйкес келеді: шамамен 10¹¹… Аксонда орта есеппен 30 миелин сегменттері бар және әрбір сегмент кубит ретінде қызмет ете алады. Бұл мидың ақпараттық жүйесіндегі кубиттер саны 3 * 10 жетуі мүмкін дегенді білдіреді¹².

Құбиттердің осындай саны бар құрылғының ақпараттық сыйымдылығы жадында 2 болатын кәдімгі компьютерге тең.^{3 000 000 000 000}бит.

Бұл мән Ғаламдағы бөлшектердің санынан 10 миллиард рет артық (10⁸⁰). Мидың кванттық компьютерінің мұндай үлкен ақпараттық сыйымдылығы ақпараттың еркін үлкен көлемін жазып алуға және кез келген мәселені шешуге мүмкіндік береді.

Ақпаратты жазу үшін арнайы жазу құрылғысын жасаудың қажеті жоқ: ақпаратты ақпарат өңделетін ортада (кубиттердің кванттық күйінде) сақтауға болады.

Әрбір кескін және тіпті кескіннің әрбір «көлеңкесі» (берілген кескіннің басқа кескіндермен барлық өзара байланыстарын ескере отырып) мидағы кванттық компьютердің кубит күйлерінің жиынтығын көрсететін Гильберт кеңістігіндегі нүктемен байланыстырылуы мүмкін.. Кубиттер жинағы Гильберт кеңістігінде бір нүктеде болғанда, бұл сурет санада «жарқ етеді» және ол қайта жаңғыртылады.

Мидағы кванттық компьютердегі акустикалық кубиттердің түйісуін екі жолмен жүзеге асыруға болады.

Бірінші жол: мидың миелиндік торының бөліктері арасында тығыз байланыс болуына және осы контактілер арқылы шиеленістің берілуіне байланысты.

Екінші жол: шиеленіс бір діріл режимдерінің бірнеше рет қайталануы нәтижесінде пайда болуы мүмкін: бұл режимдер арасындағы корреляция біртұтас кванттық күйге айналады, оның элементтері арасында жергілікті емес байланыс орнатылады (мүмкін, NR¹- түзу сызықтар [1]). Жергілікті емес қосылымның болуы мидың ақпараттық желісіне «кванттық параллелизм» көмегімен дәйекті есептеулерді орындауға мүмкіндік береді.

Дәл осы қасиет мидың кванттық компьютеріне өте жоғары есептеу қуатын береді.

Мидың кванттық компьютері тиімді жұмыс істеуі үшін барлық 3 * 10-ды пайдаланудың қажеті жоқ¹² потенциалдық кубиттер. Кванттық компьютердің жұмысы тіпті кубиттер саны мыңға жуық болса да тиімді болады (10³). Кубиттердің бұл саны тек 30 аксоннан тұратын бір аксон шоғырында түзілуі мүмкін (әр жүйке «шағын» кванттық компьютер болуы мүмкін). Осылайша, кванттық компьютер мидың кішкене бөлігін алады және мида көптеген кванттық компьютерлер болуы мүмкін.

Мидың ақпараттық жүйесінің ұсынылатын механизміне негізгі қарсылық гиперсоникалық толқындардың үлкен әлсіреуі болып табылады. Бұл кедергіні «ағартушылық» әсері жеңуге болады.

Түзілген діріл режимдерінің қарқындылығы өздігінен индукцияланған мөлдірлік режимінде таралу үшін жеткілікті болуы мүмкін (діріл режимінің когеренттігін бұзуы мүмкін термиялық тербелістердің өзі осы тербеліс режимінің бір бөлігіне айналады).

III. Адам миы сияқты физикалық принциптерге негізделген кванттық компьютер

Егер мидың ақпараттық жүйесі шынымен де кванттық компьютер сияқты жұмыс істейтін болса, оның кубиттері акустоэлектрлік режимдер болса, онда дәл осындай принциптермен жұмыс істейтін компьютерді жасауға әбден болады.

Алдағы 5-6 айда автор мидың ақпараттық жүйесін имитациялайтын кванттық компьютерге патент алуға өтінім бермекші.

5-6 жылдан кейін адам миының бейнесі мен ұқсастығында жұмыс істейтін жасанды интеллекттің алғашқы үлгілерінің пайда болуын күтуге болады.

Кванттық компьютерлер кванттық механиканың ең жалпы заңдарын пайдаланады. Табиғат бұдан артық жалпы заңдарды «ойлап шығарған жоқ», сондықтан бұл заңдылық сана табиғат берген ақпаратты өңдеу мен жазудың максималды мүмкіндіктерін пайдалана отырып, кванттық компьютер принципі бойынша жұмыс істейді.

Мидың миелиндік желісіндегі когерентті акустоэлектрлік тербелістерді анықтау үшін тікелей эксперимент жүргізген жөн. Ол үшін мидың миелиндік желісінің бөліктерін лазер сәулесімен сәулелендіріп, өтетін немесе шағылысқан жарықта шамамен 5 * 10 жиіліктегі модуляцияны анықтауға тырысу керек.¹⁰ Hz.

Ұқсас тәжірибе аксонның физикалық үлгісінде де жүргізілуі мүмкін, яғни. кіріктірілген иондық арналары бар жасанды түрде жасалған мембрана. Бұл эксперимент кванттық компьютерді құрудың алғашқы қадамы болады, оның жұмысы мидың жұмысы сияқты физикалық принциптерде жүзеге асырылады.

Ми сияқты жұмыс істейтін (және миға қарағанда жақсы) кванттық компьютерлерді құру өркениетті ақпараттық қамтамасыз етуді сапалы жаңа деңгейге көтереді.

Қорытынды

Автор ғылыми қоғамдастықтың назарын ширек ғасыр бұрынғы [2] жұмысына аударуға тырысады, бұл мидың ақпараттық жүйесінің механизмін түсіну және сананың табиғатын анықтау үшін маңызды болуы мүмкін. Жұмыстың мәні нейрондық мембраналардың жеке бөлімдері (Ранвье кедергілері) когерентті акустоэлектрлік тербелістердің көзі ретінде қызмет ететінін дәлелдеу болып табылады.

Бұл жұмыстың іргелі жаңалығы Ранвьенің тосқауылдарында пайда болған тербелістер жады мен сананың тасымалдаушысы ретінде мидың ақпараттық жүйесінің жұмыс істеуі үшін қолданылатын механизмнің сипаттамасында жатыр.

Гипотеза мидың ақпараттық жүйесі кванттық компьютер сияқты жұмыс істейді, онда кубиттердің функциясы нейрондардың мембраналарында акустоэлектрлік тербеліс режимдері арқылы орындалады. Жұмыстың негізгі міндеті - бұл тезисті негіздеу ми – кванттық компьютер, оның кубиттері нейрондық мембраналардың когерентті тербелістері болып табылады..

Поляризация мен фазамен қатар, нейрондық мембраналардағы гипердыбыстық толқындардың кубиттерді қалыптастыру үшін пайдаланылуы мүмкін тағы бір параметрі - бұралу (бұл 5^{ал мен} орбиталық бұрыштық импульстің болуын көрсететін толқындарға тән).

Айналмалы толқындардың пайда болуы ерекше қиындықтар туғызбайды: бұл үшін Ранвье кесінділері мен миелин аймақтарының шекарасында спиральды құрылымдар немесе ақаулар болуы керек. Мүмкін, мұндай құрылымдар мен ақаулар бар (және миелин қабықтарының өзі спираль).

Ұсынылған модельге сәйкес, мидағы ақпараттың негізгі тасымалдаушысы қазіргі уақытта сенетіндей сұр зат емес, мидың ақ заты (миелин қабықшалары) болып табылады. Миелин қабықшалары әрекет потенциалдарының таралу жылдамдығын арттыруға ғана емес, сонымен қатар жады мен сананың негізгі тасымалдаушысы болып табылады: ақпараттың көп бөлігі мидың сұр затында емес, ақ затта өңделеді.

Мидың ақпараттық жүйесінің ұсынылған моделі аясында Декарт қойған психофизикалық мәселе шешімін табады: «Адамда дене мен рухтың байланысы қандай?», Басқаша айтқанда, материя мен сананың байланысы қандай?

Жауап мынадай: рух Гильберт кеңістігінде бар, бірақ кеңістік-уақытта бар материалдық бөлшектерден құралған кванттық кубиттер арқылы жасалады..

Заманауи технология мидың аксональды желісінің құрылымын жаңғырта алады және осы желіде гипердыбыстық тербелістердің шын мәнінде генерацияланғанын тексере алады, содан кейін бұл тербеліс кубиттер ретінде пайдаланылатын кванттық компьютерді жасай алады.

Уақыт өте келе акустоэлектрлік кванттық компьютерге негізделген жасанды интеллект адам санасының сапалық сипаттамаларынан асып түсетін болады. Бұл адам эволюциясында түбегейлі жаңа қадам жасауға мүмкіндік береді және бұл қадамды адамның өз санасы жасайды.

Жұмыстың қорытынды мәлімдемесін іске асыруды бастау уақыты келді [2]: «Болашақта адам миы сияқты физикалық принциптерде жұмыс істейтін нейрокомпьютер жасауға болады»..

қорытындылар

1. Нейрондардың мембраналарында когерентті акустоэлектрлік тербелістер болады: бұл тербелістер Ранвьенің кедергілеріндегі акустикалық лазерлік әсерге сәйкес туып, миелиндік қабықтарға таралады

2. Нейрондардың миелиндік қабықшаларындағы когерентті акустоэлектрлік тербелістер кубиттер қызметін атқарады, оның негізінде мидың ақпараттық жүйесі кванттық компьютер принципі бойынша жұмыс істейді

3. Таяу жылдарда мидың ақпараттық жүйесі жұмыс істейтін физикалық принциптермен жұмыс істейтін кванттық компьютер болып табылатын жасанды интеллект жасауға болады

ӘДЕБИЕТ

1. В. А. Шашлов, Ғаламның жаңа моделі (I) // «Академиясы тринитаризм», М., Ел No77-6567, баспа. 24950, 20.11.2018 ж