Neironu kubiti jeb kā darbojas smadzeņu kvantu dators

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Ir norādīti fiziskie procesi, kas notiek neironu membrānās hiperskaņas diapazonā. Parādīts, ka šie procesi var kalpot par pamatu kvantu datora, kas ir smadzeņu informācijas sistēma, galveno elementu (kubitu) veidošanai. Tiek ierosināts izveidot kvantu datoru, pamatojoties uz tiem pašiem fiziskajiem principiem, pēc kuriem darbojas smadzenes.

Materiāls tiek pasniegts kā hipotēze.

Ievads. Problēmas formulēšana

Šis darbs ir paredzēts, lai atklātu iepriekšējā darba [1] gala (Nr. 12) secinājumu saturu: "Smadzenes darbojas kā kvantu dators, kurā kubitu funkciju veic neironu mielīna apvalku sekciju koherentas akustoelektriskās svārstības, un savienojums starp šīm sekcijām tiek veikts nelokālas mijiedarbības dēļ caur NR¹-tiešs".

Pamatideja, kas ir šī secinājuma pamatā, tika publicēta pirms ceturtdaļgadsimta žurnālā "Radiofizika" [2]. Idejas būtība bija tāda, ka atsevišķās neitronu sekcijās, proti, Ranvjē pārtverumos, tiek ģenerētas koherentas akustoelektriskās svārstības ar frekvenci ~ 5 * 10¹⁰Hz, un šīs svārstības kalpo kā galvenais informācijas nesējs smadzeņu informācijas sistēmā.

Šis papīrs to parāda akustoelektriskie oscilācijas režīmi neironu membrānās spēj veikt kubitu funkciju, uz kuras pamata tiek veidots smadzeņu informācijas sistēmas darbs, kā kvantu dators.

Mērķis

Šim darbam ir 3 mērķi:

1) pievērst uzmanību darbam [2], kurā pirms 25 gadiem tika parādīts, ka neironu membrānās var rasties koherentas hiperskaņas svārstības, 2) apraksta jaunu smadzeņu informācijas sistēmas modeli, kura pamatā ir koherentu hiperskaņas svārstību klātbūtne neironu membrānās;

3) piedāvāt jauna veida kvantu datoru, kura darbs maksimāli simulēs smadzeņu informācijas sistēmas darbu.

Darba saturs

Pirmajā sadaļā aprakstīts fizikālais mehānisms, kas neironu membrānās rodas koherentu akustoelektrisko svārstību ar frekvenci 5 * 10.¹⁰Hz.

Otrajā sadaļā ir aprakstīti smadzeņu informācijas sistēmas principi, kuru pamatā ir koherentas svārstības, kas rodas neironu membrānās.

Trešajā sadaļā tiek piedāvāts izveidot kvantu datoru, kas simulē smadzeņu informācijas sistēmu.

I. Koherento svārstību būtība neironu membrānās

Neirona struktūra ir aprakstīta jebkurā neirozinātņu monogrāfijā. Katrs neirons satur galveno ķermeni, daudzus procesus (dendrītus), caur kuriem tas saņem signālus no citām šūnām, un ilgu procesu (aksonu), caur kuru tas pats izstaro elektriskos impulsus (darbības potenciālus).

Nākotnē mēs apsvērsim tikai aksonus. Katrs aksons satur 2 veidu apgabalus, kas mainās viens ar otru:

1. Ranvjē pārtvertās bumbas, 2. mielīna apvalki.

Katrs Ranvier pārtvērums ir ietverts starp diviem mielinizētiem segmentiem. Ranvjē pārtveršanas garums ir par 3 kārtām mazāks nekā mielīna segmenta garums: Ranvjē pārtveršanas garums ir 10^-4cm (viens mikrons), un mielīna segmenta garums ir 10^-1cm (viens milimetrs).

Ranviera pārtveršanas vietas ir vietas, kurās ir iegulti jonu kanāli. Caur šiem kanāliem Na joni⁺ un K⁺ iekļūt aksonā un no tā, kā rezultātā veidojas darbības potenciāls. Pašlaik tiek uzskatīts, ka darbības potenciālu veidošana ir vienīgā Ranviera pārtverto funkciju funkcija.

Tomēr darbā [2] tika parādīts, ka Ranviera pārtveršana spēj veikt vēl vienu svarīgu funkciju: Ranvier pārtverumos tiek ģenerētas koherentas akustiskās elektriskās svārstības.

Koherentu akustisko elektrisko svārstību ģenerēšana tiek veikta, pateicoties akustoelektriskā lāzera efektam, kas tiek realizēts Ranvier pārtveršanā, jo ir izpildīti abi šī efekta īstenošanai nepieciešamie nosacījumi:

1) sūknēšanas klātbūtne, ar kuras palīdzību tiek ierosināti vibrācijas režīmi, 2) rezonatora klātbūtne, caur kuru tiek veikta atgriezeniskā saite.

1) Sūknēšanu nodrošina jonu strāvas Na⁺ un K⁺plūstot caur Ranvjē pārtvertajām vietām. Kanālu lielā blīvuma dēļ (10¹² cm^-2) un to lielo caurlaidspēju (10⁷ jonu / sek), jonu strāvas blīvums caur Ranvier pārtveršanu ir ārkārtīgi augsts. Caur kanālu ejošie joni ierosina apakšvienību vibrācijas režīmus, kas veido kanāla iekšējo virsmu, un lāzera efekta dēļ šie režīmi tiek sinhronizēti, veidojot koherentas hiperskaņas svārstības.

2) Rezonatora funkciju, radot izkliedētu atgriezenisko saiti, veic periodiska struktūra, kas atrodas mielīna apvalkos, starp kuriem ir ietverti Ranvier pārtverumi. Periodisko struktūru veido membrānu slāņi, kuru biezums ir d ~ 10^-6 cm.

Šis periods atbilst rezonanses viļņa garumam λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 cm un frekvence ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Hz, υ ~ 10⁵ cm / sek - hiperskaņas viļņu ātrums.

Svarīga loma ir tam, ka jonu kanāli ir selektīvi. Kanālu diametrs sakrīt ar jonu diametru, tāpēc joni atrodas ciešā saskarē ar apakšvienībām, kas izklāj kanāla iekšējo virsmu.

Rezultātā joni lielāko daļu savas enerģijas nodod šo apakšvienību vibrācijas režīmiem: jonu enerģija tiek pārvērsta kanālus veidojošo apakšvienību vibrācijas enerģijā, kas ir sūknēšanas fiziskais iemesls.

Abu nepieciešamo nosacījumu izpilde lāzera efekta realizācijai nozīmē, ka Ranvjē pārtveršanas ierīces ir akustiskie lāzeri (tagad tos sauc par "saseriem"). Saseru iezīme neironu membrānās ir tāda, ka sūknēšanu veic ar jonu strāvu: Ranvier pārtveršanas ierīces ir sasers, kas rada koherentas akustiskās elektriskās svārstības ar frekvenci ~ 5 * 10¹⁰ Hz.

Pateicoties lāzera efektam, jonu strāva, kas iet caur Ranvier pārtveršanu, ne tikai ierosina to molekulu vibrācijas režīmus, kas veido šos pārtverumus (kas būtu vienkārša jonu strāvas enerģijas pārvēršana siltumenerģijā): Ranvier pārtveršanu, tiek sinhronizēti svārstību režīmi, kā rezultātā veidojas koherentas rezonanses frekvences svārstības.

Ranvjē pārtvērumos radītās svārstības hiperskaņas frekvences akustisko viļņu veidā izplatās mielīna apvalkos, kur veido akustisku (hipersonisku) "traucējumu modeli", kas kalpo kā smadzeņu informācijas sistēmas materiāls nesējs

II. Smadzeņu informācijas sistēma kā kvantu dators, kura kubiti ir akustoelektriskie vibrāciju režīmi

Ja secinājums par augstfrekvences koherentu akustisko svārstību esamību smadzenēs atbilst realitātei, tad ļoti iespējams, ka smadzeņu informācijas sistēma darbojas uz šo svārstību pamata: šāda ietilpīga vide noteikti ir jāizmanto ierakstīšanai. un reproducēt informāciju.

Koherentu hiperskaņas vibrāciju klātbūtne ļauj smadzenēm darboties kvantu datora režīmā. Apskatīsim visticamāko "smadzeņu" kvantu datora realizācijas mehānismu, kurā uz hiperskaņas svārstību režīmiem tiek izveidotas elementāras informācijas šūnas (kubiti).

Kubits ir patvaļīga bāzes stāvokļu lineāra kombinācija | Ψ₀> un | Ψ₁> ar koeficientiem α, β, kas apmierina normalizācijas nosacījumu α² + β² = 1. Vibrācijas režīmu gadījumā bāzes stāvokļi var atšķirties ar jebkuru no 4 šos režīmus raksturojošiem parametriem: amplitūda, frekvence, polarizācija, fāze.

Amplitūda un frekvence, iespējams, netiek izmantota, lai izveidotu kubitu, jo visos aksonu apgabalos šie 2 parametri ir aptuveni vienādi.

Paliek trešā un ceturtā iespēja: polarizācija un fāze. Kubiti, kuru pamatā ir polarizācija un akustisko vibrāciju fāze, ir pilnīgi analogi kubitiem, kuros tiek izmantota fotonu polarizācija un fāze (fotonu aizstāšanai ar fononiem nav būtiskas nozīmes).

Visticamāk, ka polarizāciju un fāzi izmanto kopā, lai veidotu akustiskus kubitus smadzeņu mielīna tīklā. Šo 2 lielumu vērtības nosaka elipses veidu, ko oscilācijas režīms veido katrā aksona mielīna apvalka šķērsgriezumā: kvantu datora akustisko kubitu pamatstāvokļi smadzenēs tiek doti ar eliptisku polarizāciju.

Aksonu skaits smadzenēs atbilst neironu skaitam: apmēram 10¹¹… Aksonam ir vidēji 30 mielīna segmenti, un katrs segments var darboties kā kubits. Tas nozīmē, ka kubitu skaits smadzeņu informācijas sistēmā var sasniegt 3 * 10¹².

Ierīces informācijas jauda ar šādu kubitu skaitu ir līdzvērtīga parastam datoram, kura atmiņā ir 2^{3 000 000 000 000}biti.

Šī vērtība ir par 10 miljardiem kārtu lielāka nekā daļiņu skaits Visumā (10⁸⁰). Tik liela smadzeņu kvantu datora informācijas jauda ļauj ierakstīt patvaļīgi lielu informācijas daudzumu un atrisināt visas problēmas.

Lai ierakstītu informāciju, nav jāizveido īpaša ierakstīšanas ierīce: informāciju var glabāt tajā pašā datu nesējā, ar kuru tiek apstrādāta informācija (kvantu kubitu stāvokļos).

Katrs attēls un pat katrs attēla "ēnojums" (ņemot vērā visas dotā attēla kopsakarības ar citiem attēliem) var būt saistīts ar punktu Hilberta telpā, atspoguļojot kvantu datora kubitu stāvokļu kopu smadzenēs.. Kad kubitu kopa atrodas vienā un tajā pašā Hilberta telpas punktā, šis attēls "uzmirgo" apziņā un tiek reproducēts.

Akustisko kubitu sapīšana kvantu datorā smadzenēs var tikt veikta divos veidos.

Pirmais veids: cieša kontakta klātbūtnes dēļ starp smadzeņu mielīna tīkla daļām un sapīšanās pārnešanu caur šiem kontaktiem.

Otrs veids: sapīšanās var parādīties vienas un tās pašas vibrācijas režīmu kopas vairāku atkārtojumu rezultātā: korelācija starp šiem režīmiem kļūst par vienu kvantu stāvokli, starp kura elementiem tiek izveidots nelokāls savienojums (iespējams, ar vibrācijas režīmu palīdzību). NR¹- taisnas līnijas [1]). Nelokāla savienojuma klātbūtne ļauj smadzeņu informācijas tīklam veikt konsekventus aprēķinus, izmantojot "kvantu paralēlismu".

Tieši šī īpašība dod smadzeņu kvantu datoram ārkārtīgi lielu skaitļošanas jaudu.

Lai smadzeņu kvantu dators darbotos efektīvi, nav jāizmanto visas 3 * 10¹² potenciālie kubiti. Kvantu datora darbība būs efektīva pat tad, ja kubitu skaits ir aptuveni tūkstotis (10³). Šo kubitu skaitu var izveidot vienā aksonu saišķī, kas sastāv tikai no 30 aksoniem (katrs nervs var būt "mini" kvantu dators). Tādējādi kvantu dators var aizņemt niecīgu smadzeņu daļu, un smadzenēs var pastāvēt daudzi kvantu datori.

Galvenais iebildums pret ierosināto smadzeņu informācijas sistēmas mehānismu ir liela hiperskaņas viļņu vājināšanās. Šo šķērsli var pārvarēt ar "apgaismības" efektu.

Ģenerēto vibrāciju režīmu intensitāte var būt pietiekama izplatībai pašinducētās caurspīdīguma režīmā (termiskās vibrācijas, kas varētu sagraut vibrācijas režīma koherenci, pašas kļūst par šī vibrācijas režīma sastāvdaļu).

III. Kvantu dators, kas veidots pēc tādiem pašiem fiziskajiem principiem kā cilvēka smadzenes

Ja smadzeņu informācijas sistēma tiešām darbojas kā kvantu dators, kura kubiti ir akustoelektriskie režīmi, tad pilnīgi iespējams izveidot datoru, kas darbosies pēc tādiem pašiem principiem.

Tuvāko 5-6 mēnešu laikā autors iecerējis iesniegt patenta pieteikumu kvantu datoram, kas simulē smadzeņu informācijas sistēmu.

Pēc 5-6 gadiem mēs varam sagaidīt pirmo mākslīgā intelekta paraugu parādīšanos, kas darbojas cilvēka smadzeņu tēlā un līdzībā.

Kvantu datori izmanto vispārīgākos kvantu mehānikas likumus. Daba "nav izdomājusi" vispārīgākus likumus, tāpēc tas ir gluži dabiski apziņa darbojas pēc kvantu datora principa, izmantojot maksimālās dabas sniegtās informācijas apstrādes un ierakstīšanas iespējas.

Ir ieteicams veikt tiešu eksperimentu, lai noteiktu saskaņotas akustiskās elektriskās svārstības smadzeņu mielīna tīklā. Lai to izdarītu, ir jāapstaro smadzeņu mielīna tīkla daļas ar lāzera staru un jāmēģina noteikt modulāciju ar frekvenci aptuveni 5 * 10 pārraidītajā vai atstarotajā gaismā.¹⁰ Hz.

Līdzīgu eksperimentu var veikt ar aksona fizisko modeli, t.i. mākslīgi izveidota membrāna ar iebūvētiem jonu kanāliem. Šis eksperiments būs pirmais solis ceļā uz kvantu datora izveidi, kura darbs tiks veikts pēc tādiem pašiem fiziskajiem principiem kā smadzeņu darbs.

Kvantu datoru izveide, kas darbojas kā smadzenes (un labāk nekā smadzenes), pacels civilizācijas informatīvo atbalstu kvalitatīvi jaunā līmenī.

Secinājums

Autore cenšas pievērst zinātniskās sabiedrības uzmanību pirms ceturtdaļgadsimta [2], kas var būt svarīgi smadzeņu informācijas sistēmas mehānisma izpratnei un apziņas rakstura identificēšanai. Darba būtība ir pierādīt, ka atsevišķas neironu membrānu sekcijas (Ranvier pārtveršanas) kalpo kā koherentu akustoelektrisko svārstību avoti.

Šī darba fundamentālā novitāte slēpjas mehānisma aprakstā, ar kura palīdzību Ranvjē pārtvērumos radītās svārstības tiek izmantotas smadzeņu informācijas sistēmas kā atmiņas un apziņas nesēja darbībai.

Tiek pamatota hipotēze, ka smadzeņu informācijas sistēma darbojas kā kvantu dators, kurā kubitu funkciju veic akustoelektriskie svārstību režīmi neironu membrānās. Darba galvenais uzdevums ir pamatot tēzi, ka smadzenes ir kvantu dators, kura kubiti ir neironu membrānu koherentas svārstības.

Līdzās polarizācijai un fāzei vēl viens neironu membrānu hiperskaņas viļņu parametrs, ko var izmantot kubitu veidošanai, ir vērpjot (tas ir 5^{un es} raksturīgs viļņiem, atspoguļojot orbītas leņķisko impulsu).

Virpuļojošo viļņu radīšana nerada īpašas grūtības: lai to izdarītu, uz Ranvier pārtveršanas un mielīna reģionu robežas ir jābūt spirālveida struktūrām vai defektiem. Droši vien šādas struktūras un defekti pastāv (un paši mielīna apvalki ir spirālveida).

Saskaņā ar piedāvāto modeli galvenais informācijas nesējs smadzenēs ir smadzeņu baltā viela (mielīna apvalki), nevis pelēkā viela, kā pašlaik tiek uzskatīts. Mielīna apvalki kalpo ne tikai darbības potenciālu izplatīšanās ātruma palielināšanai, bet arī galvenajam atmiņas un apziņas nesējam: lielākā daļa informācijas tiek apstrādāta smadzeņu baltajā, nevis pelēkajā vielā.

Piedāvātā smadzeņu informācijas sistēmas modeļa ietvaros risinājumu rod Dekarta izvirzītā psihofiziskā problēma: “Kā cilvēkā saistās ķermenis un gars?” Citiem vārdiem sakot, kādas ir matērijas un apziņas attiecības?

Atbilde ir šāda: gars eksistē Hilberta telpā, bet to rada kvantu kubiti, ko veido materiāla daļiņas, kas eksistē telpā-laikā.

Mūsdienu tehnoloģijas spēj reproducēt smadzeņu aksonālā tīkla struktūru un pārbaudīt, vai šajā tīklā tiešām rodas hiperskaņas vibrācijas, un pēc tam izveidot kvantu datoru, kurā šīs vibrācijas tiks izmantotas kā kubiti.

Ar laiku mākslīgais intelekts, kura pamatā ir akustoelektriskais kvantu dators, spēs pārspēt cilvēka apziņas kvalitatīvās īpašības. Tas dos iespēju spert principiāli jaunu soli cilvēka evolūcijā, un šo soli spers paša cilvēka apziņa.

Ir pienācis laiks sākt īstenot galīgo darba pārskatu [2]: "Nākotnē ir iespējams izveidot neirodatoru, kas darbosies pēc tādiem pašiem fiziskajiem principiem kā cilvēka smadzenes.".

secinājumus

1. Neironu membrānās ir koherentas akustiskās elektriskās svārstības: šīs svārstības tiek ģenerētas saskaņā ar akustiskā lāzera efektu Ranvjē pārtverumos un izplatās mielīna apvalkos

2. Koherentās akustoelektriskās svārstības neironu mielīna apvalkos pilda kubitu funkciju, uz kuras pamata smadzeņu informācijas sistēma darbojas pēc kvantu datora principa

3. Tuvāko gadu laikā ir iespējams izveidot mākslīgo intelektu, kas ir kvantu dators, kas darbojas pēc tiem pašiem fiziskajiem principiem, uz kuriem darbojas smadzeņu informācijas sistēma

LITERATŪRA

1. V. A. Šašlovs, Jaunais Visuma modelis (I) // "Trinitārisma akadēmija", M., El Nr. 77-6567, publ. 24950, 20.11.2018