Невронни кубити или как работи квантовият компютър на мозъка

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Показани са физическите процеси, протичащи в мембраните на невроните в хиперзвуковия диапазон. Показано е, че тези процеси могат да послужат като основа за формиране на ключови елементи (кубити) на квантов компютър, който е информационната система на мозъка. Предлага се да се създаде квантов компютър, базиран на същите физически принципи, на които работи мозъкът.

Материалът е представен като хипотеза.

Въведение. Формулиране на проблема

Тази работа има за цел да разкрие съдържанието на окончателното (№ 12) заключение на предишната работа [1]: „Мозъкът работи като квантов компютър, в който функцията на кубити се изпълнява от кохерентни акустоелектрични трептения на участъци от миелиновите обвивки на невроните, а връзката между тези участъци се осъществява поради нелокално взаимодействие чрез NR¹-директен ".

Фундаменталната идея, която стои в основата на този извод, е публикувана преди четвърт век в сп. „Радиофизика” [2]. Същността на идеята беше, че в отделни участъци от неутрони, а именно в прихващанията на Ранвие, се генерират кохерентни акустоелектрични трептения с честота ~ 5 * 10¹⁰Hz, и тези флуктуации служат като основен носител на информация в информационната система на мозъка.

Този документ показва това акустоелектричните осцилаторни режими в мембраните на невроните са в състояние да изпълняват функцията на кубити, въз основа на които се изгражда работата на информационната система на мозъка, като квантов компютър.

Обективен

Тази работа има 3 цели:

1) да привлече вниманието към работата [2], в която преди 25 години беше показано, че в мембраните на невроните могат да се генерират кохерентни хиперзвукови трептения, 2) описва нов модел на мозъчната информационна система, който се основава на наличието на кохерентни хиперзвукови трептения в мембраните на невроните, 3) да се предложи нов тип квантов компютър, чиято работа ще симулира в максимална степен работата на информационната система на мозъка.

Съдържанието на произведението

Първият раздел описва физическия механизъм на генериране в мембраните на невроните на кохерентни акустоелектрични трептения с честота от порядъка на 5 * 10¹⁰Hz.

Вторият раздел описва принципите на мозъчната информационна система, базирана на кохерентни трептения, генерирани в мембраните на невроните.

В третия раздел се предлага създаване на квантов компютър, който симулира информационната система на мозъка.

I. Природата на кохерентните трептения в мембраните на невроните

Структурата на неврона е описана във всяка монография по невронауки. Всеки неврон съдържа основно тяло, много процеси (дендрити), чрез които получава сигнали от други клетки, и дълъг процес (аксон), чрез който самият той излъчва електрически импулси (потенциали на действие).

В бъдеще ще разгледаме изключително аксони. Всеки аксон съдържа области от 2 типа, редуващи се един с друг:

1. Прехващания на Ранвие, 2. миелинови обвивки.

Всяко прихващане на Ranvier е затворено между два миелинизирани сегмента. Дължината на прихващането на Ранвие е с 3 порядъка по-малка от дължината на миелиновия сегмент: дължината на прихващането на Ранвие е 10^-4cm (един микрон), а дължината на миелиновия сегмент е 10^-1см (един милиметър).

Прихващанията на Ранвие са местата, в които са вградени йонни канали. Чрез тези канали, Na йоните⁺ и К⁺ проникват в и извън аксона, което води до образуването на потенциали за действие. В момента се смята, че формирането на потенциали за действие е единствената функция на прихващанията на Ранвие.

Въпреки това, в работа [2] беше показано, че прихващанията на Ранвие са в състояние да изпълняват още една важна функция: в прихващанията на Ранвие се генерират кохерентни акустоелектрични трептения.

Генерирането на кохерентни акустоелектрични трептения се осъществява благодарение на акустоелектричния лазерен ефект, който се реализира в прихващанията на Ранвие, тъй като са изпълнени и двете необходими условия за осъществяване на този ефект:

1) наличието на изпомпване, чрез което се възбуждат вибрационни режими, 2) наличието на резонатор, чрез който се осъществява обратната връзка.

1) Изпомпването се осигурява от йонни токове Na⁺ и К⁺преминаващ през прехващанията на Ранвие. Поради високата плътност на каналите (10¹² см^-2) и тяхната висока производителност (10⁷ йон / сек), плътността на йонния ток през прихващанията на Ранвие е изключително висока. Йоните, преминаващи през канала, възбуждат вибрационните режими на субединиците, които образуват вътрешната повърхност на канала, и поради лазерния ефект тези режими се синхронизират, образувайки кохерентни хиперзвукови трептения.

2) Функцията на резонатор, създаващ разпределена обратна връзка, се изпълнява от периодична структура, която присъства в миелиновите обвивки, между които са затворени прихващанията на Ранвие. Периодичната структура се създава от слоеве мембрани с дебелина d ~ 10^-6 см.

Този период съответства на резонансна дължина на вълната λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 cm и честота ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Hz, υ ~ 10⁵ cm / sec - скорост на хиперзвукови вълни.

Важна роля играе фактът, че йонните канали са селективни. Диаметърът на каналите съвпада с диаметъра на йоните, така че йоните са в близък контакт със субединиците, които облицоват вътрешната повърхност на канала.

В резултат на това йоните прехвърлят по-голямата част от енергията си към вибрационните режими на тези субединици: енергията на йоните се преобразува във вибрационната енергия на субединиците, съставляващи каналите, което е физическата причина за изпомпването.

Изпълнението и на двете необходими условия за реализиране на лазерния ефект означава, че прихващанията на Ранвие са акустични лазери (сега се наричат „сазери“). Характеристика на sasers в невронните мембрани е, че изпомпването се извършва от йонен ток: Прихващанията на Ranvier са сазери, генериращи кохерентни акустоелектрични трептения с честота от ~ 5 * 10¹⁰ Hz.

Благодарение на лазерния ефект, йонният ток, преминаващ през прехващанията на Ранвие, не само възбужда вибрационните режими на молекулите, които изграждат тези прехващания (което би било просто преобразуване на енергията на йонния ток в топлинна енергия): в прихващания на Ранвие, колебателните режими се синхронизират, в резултат на което се образуват кохерентни трептения на резонансната честота.

Трептенията, генерирани при прихващанията на Ранвие под формата на акустични вълни с хиперзвукова честота, се разпространяват в миелиновите обвивки, където образуват акустична (хиперзвукова) "интерференционна картина", която служи като материален носител на информационната система на мозъка

II. Информационна система на мозъка, като квантов компютър, чиито кубити са акустоелектрични вибрационни режими

Ако заключението за наличието на високочестотни кохерентни акустични трептения в мозъка съответства на реалността, тогава е много вероятно информационната система на мозъка да работи въз основа на тези трептения: такава вместителна среда със сигурност трябва да се използва за запис и възпроизвеждат информация.

Наличието на кохерентни хиперзвукови вибрации позволява на мозъка да работи в режим на квантов компютър. Нека разгледаме най-вероятния механизъм за реализиране на "мозъчен" квантов компютър, в който елементарни клетки от информация (кубити) се създават на базата на хиперзвукови колебателни режими.

Кубитът е произволна линейна комбинация от базови състояния | Ψ₀> и | Ψ₁> с коефициенти α, β, които удовлетворяват условието за нормализиране α² + β² = 1. В случай на вибрационни режими, базовите състояния могат да се различават по всеки от 4-те параметъра, характеризиращи тези режими: амплитуда, честота, поляризация, фаза.

Амплитудата и честотата вероятно не се използват за създаване на кубит, тъй като във всички области на аксоните тези 2 параметъра са приблизително еднакви.

Остават третата и четвъртата възможност: поляризация и фаза. Кубитите, базирани на поляризация и фазата на акустичните вибрации, са напълно аналогични на кубити, в които се използват поляризацията и фазата на фотоните (замяната на фотони с фонони няма принципно значение).

Вероятно поляризацията и фазата се използват заедно за образуване на акустични кубити в миелиновата мрежа на мозъка. Стойностите на тези 2 величини определят вида на елипсата, която осцилаторният режим образува във всяко напречно сечение на миелиновата обвивка на аксона: основните състояния на акустичните кубити на квантовия компютър в мозъка се дават чрез елиптична поляризация.

Броят на аксоните в мозъка съвпада с броя на невроните: около 10¹¹… Аксонът има средно 30 миелинови сегмента и всеки сегмент може да функционира като кубит. Това означава, че броят на кубитите в информационната система на мозъка може да достигне 3 * 10¹².

Информационният капацитет на устройство с такъв брой кубити е еквивалентен на конвенционален компютър, чиято памет съдържа 2^{3 000 000 000 000}битове.

Тази стойност е с 10 милиарда порядъка по-голяма от броя на частиците във Вселената (10⁸⁰). Такъв голям информационен капацитет на квантовия компютър на мозъка ви позволява да записвате произволно голямо количество информация и да решавате всякакви проблеми.

За да записвате информация, не е необходимо да създавате специално устройство за запис: информацията може да се съхранява на същия носител, с който се обработва информацията (в квантови състояния на кубити).

Всяко изображение и дори всяка „сянка“на изображение (като се вземат предвид всички взаимовръзки на дадено изображение с други изображения) могат да бъдат свързани с точка в Хилбертово пространство, отразяваща набор от състояния на кубити на квантов компютър в мозъка. Когато набор от кубити е в една и съща точка в хилбертовото пространство, този образ "мига" в съзнанието и се възпроизвежда.

Заплитането на акустични кубити в квантов компютър в мозъка може да се осъществи по два начина.

Първият начин: поради наличието на близък контакт между частите на миелиновата мрежа на мозъка и пренасянето на заплитане през тези контакти.

Вторият начин: заплитането може да се появи в резултат на многократни повторения на един и същ набор от вибрационни режими: корелацията между тези режими се превръща в едно квантово състояние, между елементите на което се установява нелокална връзка (вероятно с помощта на NR¹- прави линии [1]). Наличието на нелокална връзка позволява на информационната мрежа на мозъка да извършва последователни изчисления, използвайки "квантов паралелизъм".

Именно това свойство дава на квантовия компютър на мозъка изключително висока изчислителна мощност.

За да може квантовият компютър на мозъка да работи ефективно, няма нужда да използвате всички 3 * 10¹² потенциални кубити. Работата на квантов компютър ще бъде ефективна дори ако броят на кубитите е около хиляда (10³). Този брой кубити може да се образува в един аксонен сноп, съставен само от 30 аксона (всеки нерв може да бъде "мини" квантов компютър). По този начин един квантов компютър може да заема малка част от мозъка и много квантови компютри могат да съществуват в мозъка.

Основното възражение срещу предложения механизъм на мозъчната информационна система е голямото затихване на хиперзвуковите вълни. Това препятствие може да бъде преодоляно чрез ефекта на "просветление".

Интензитетът на генерираните вибрационни режими може да бъде достатъчен за разпространение в режим на самоиндуцирана прозрачност (термичните вибрации, които могат да разрушат кохерентността на вибрационния режим, сами стават част от този вибрационен режим).

III. Квантов компютър, изграден на същите физически принципи като човешкия мозък

Ако информационната система на мозъка наистина работи като квантов компютър, чиито кубити са акустоелектрични режими, тогава е напълно възможно да се създаде компютър, който да работи на същите принципи.

В следващите 5-6 месеца авторът възнамерява да подаде заявка за патент на квантов компютър, който симулира информационната система на мозъка.

След 5-6 години можем да очакваме появата на първите образци на изкуствен интелект, работещ по образ и подобие на човешкия мозък.

Квантовите компютри използват най-общите закони на квантовата механика. Природата "не е измислила" по-общи закони, затова е съвсем естествено, че съзнанието работи на принципа на квантов компютър, използвайки максималните възможности за обработка и запис на информация, предоставена от природата.

Препоръчително е да се проведе директен експеримент за откриване на кохерентни акустоелектрични трептения в миелиновата мрежа на мозъка. За да направите това, трябва да облъчите части от миелиновата мрежа на мозъка с лазерен лъч и да се опитате да откриете модулация с честота около 5 * 10 в пропусната или отразена светлина.¹⁰ Hz.

Подобен експеримент може да се проведе върху физически модел на аксон, т.е. изкуствено създадена мембрана с вградени йонни канали. Този експеримент ще бъде първата стъпка към създаването на квантов компютър, чиято работа ще се извършва на същите физически принципи като работата на мозъка.

Създаването на квантови компютри, които работят като мозък (и по-добре от мозък), ще издигне информационната подкрепа на цивилизацията на качествено ново ниво.

Заключение

Авторът се опитва да привлече вниманието на научната общност към работата отпреди четвърт век [2], която може да бъде важна за разбирането на механизма на мозъчната информационна система и идентифициране на природата на съзнанието. Същността на работата е да се докаже, че отделни участъци от невронни мембрани (прехващания на Ранвие) служат като източници на кохерентни акустоелектрични трептения.

Основната новост на тази работа се крие в описанието на механизма, чрез който колебанията, генерирани при прихващанията на Ранвие, се използват за работата на информационната система на мозъка като носител на паметта и съзнанието.

Обоснована е хипотезата, че информационната система на мозъка работи като квантов компютър, в който функцията на кубити се изпълнява от акустоелектрични осцилаторни режими в мембраните на невроните. Основната задача на работата е да обоснове тезата, че мозъкът е квантов компютър, чиито кубити са кохерентни трептения на невронните мембрани.

Наред с поляризацията и фазата, друг параметър на хиперзвуковите вълни в невронните мембрани, които могат да се използват за образуване на кубити, е усукването (това е 5^{и аз} характеристика на вълните, отразяваща наличието на орбитален ъглов импулс).

Създаването на въртящи се вълни не представлява особени затруднения: за това трябва да присъстват спирални структури или дефекти на границата на прихващанията на Ранвие и миелиновите области. Вероятно такива структури и дефекти съществуват (а самите миелинови обвивки са спираловидни).

Според предложения модел основният носител на информация в мозъка е бялото вещество на мозъка (миелинови обвивки), а не сивото вещество, както се смята в момента. Миелиновите обвивки служат не само за увеличаване на скоростта на разпространение на потенциалите на действие, но и основният носител на паметта и съзнанието: по-голямата част от информацията се обработва в бялото, а не в сивото вещество на мозъка.

В рамките на предложения модел на информационната система на мозъка психофизичният проблем, поставен от Декарт, намира решение: „Как се свързват тялото и духът в човек?“, с други думи, каква е връзката между материята и съзнанието?

Отговорът е следният: духът съществува в Хилбертово пространство, но е създаден от квантови кубити, образувани от материални частици, които съществуват в пространство-времето.

Съвременната технология е в състояние да възпроизведе структурата на аксоналната мрежа на мозъка и да провери дали хиперзвуковите вибрации действително се генерират в тази мрежа, и след това да създаде квантов компютър, в който тези вибрации ще бъдат използвани като кубити.

С течение на времето изкуственият интелект, базиран на акустоелектричен квантов компютър, ще може да надхвърли качествените характеристики на човешкото съзнание. Това ще направи възможно да се направи принципно нова стъпка в човешката еволюция, като тази стъпка ще бъде направена от съзнанието на самия човек.

Дошло е времето да започнем прилагането на окончателния отчет за работа [2]: "В бъдеще е възможно да се създаде неврокомпютър, който да работи на същите физически принципи като човешкия мозък.".

заключения

1. В мембраните на невроните има кохерентни акустоелектрични трептения: тези трептения се генерират в съответствие с акустичния лазерен ефект при захващанията на Ранвие и се разпространяват в миелиновите обвивки

2. Кохерентните акустоелектрични трептения в миелиновите обвивки на невроните изпълняват функцията на кубити, на базата на които информационната система на мозъка работи на принципа на квантовия компютър

3. През следващите години е възможно да се създаде изкуствен интелект, който представлява квантов компютър, работещ на същите физически принципи, на които работи информационната система на мозъка

ЛИТЕРАТУРА

1. В. А. Шашлов, Нов модел на Вселената (I) // "Академия на тринитаризма", М., Ел No 77-6567, опубл. 24950, 20.11.2018 г