Nöral kübitler veya beynin kuantum bilgisayarının nasıl çalıştığı

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Hipersonik aralıktaki nöronların zarlarında meydana gelen fiziksel süreçler belirtilmiştir. Bu süreçlerin, beynin bilgi sistemi olan bir kuantum bilgisayarın temel öğelerinin (kübitlerin) oluşumunda temel teşkil edebileceği gösterilmiştir. Beynin üzerinde çalıştığı aynı fiziksel prensiplere dayanan bir kuantum bilgisayar yaratılması önerilmiştir.

Materyal bir hipotez olarak sunulur.

Tanıtım. Sorunun formülasyonu

Bu çalışma, önceki çalışmanın [1] nihai (No. 12) sonucunun içeriğini ortaya koymayı amaçlamaktadır: “Beyin, kübitlerin işlevinin nöronların miyelin kılıflarının bölümlerinin uyumlu akustik salınımları tarafından gerçekleştirildiği ve bu bölümler arasındaki bağlantının NR aracılığıyla yerel olmayan etkileşim nedeniyle gerçekleştirildiği bir kuantum bilgisayar gibi çalışır.¹-doğrudan".

Bu sonucun altında yatan temel fikir, çeyrek asır önce "Radiofizika" dergisinde yayınlandı [2]. Fikrin özü, nötronların ayrı bölümlerinde, yani Ranvier'in müdahalelerinde, ~ 5 * 10 frekansında tutarlı akustik salınımların üretilmesiydi.¹⁰Hz ve bu dalgalanmalar beynin bilgi sisteminde ana bilgi taşıyıcısı olarak hizmet eder.

Bu kağıt gösteriyor ki nöronların zarlarındaki akustik elektrik salınım modları, beynin bilgi sisteminin çalışmasının bir kuantum bilgisayar olarak inşa edildiği kübitlerin işlevini yerine getirebilir..

Amaç

Bu çalışmanın 3 amacı vardır:

1) nöronların zarlarında uyumlu hipersonik salınımların üretilebileceğinin 25 yıl önce gösterildiği [2] çalışmasına dikkat çekmek, 2) nöronların zarlarında uyumlu hipersonik salınımların varlığına dayanan yeni bir beyin bilgi sistemi modelini tanımlar, 3) çalışması beynin bilgi sisteminin çalışmasını maksimum ölçüde simüle edecek yeni bir kuantum bilgisayar türü önermek.

işin içeriği

İlk bölüm, 5 * 10 mertebesinde bir frekansla uyumlu akustik osilasyonların nöronlarının zarlarındaki fiziksel üretim mekanizmasını açıklar.¹⁰Hz.

İkinci bölüm, nöronların zarlarında üretilen tutarlı salınımlara dayanan beyin bilgi sisteminin ilkelerini açıklar.

Üçüncü bölümde, beynin bilgi sistemini simüle eden bir kuantum bilgisayar oluşturulması önerilmiştir.

I. Nöron zarlarındaki tutarlı salınımların doğası

Bir nöronun yapısı, sinirbilimlerle ilgili herhangi bir monografta tanımlanır. Her nöron bir ana gövde, diğer hücrelerden sinyaller aldığı birçok süreç (dendrit) ve kendisinin elektriksel uyarılar (aksiyon potansiyelleri) yaydığı uzun bir süreç (akson) içerir.

Gelecekte, sadece aksonları ele alacağız. Her akson, birbiriyle değişen 2 tip alan içerir:

1. Ranvier'in müdahaleleri, 2. miyelin kılıfları.

Ranvier'in her kesişimi iki miyelinli segment arasında yer alır. Ranvier'in yakalanmasının uzunluğu, miyelin segmentinin uzunluğundan 3 büyüklük sırası daha azdır: Ranvier'in yakalanmasının uzunluğu 10'dur.^-4cm (bir mikron) ve miyelin segmentinin uzunluğu 10^-1cm (bir milimetre).

Ranvier'in yakalamaları, iyon kanallarının gömülü olduğu sitelerdir. Bu kanallar aracılığıyla Na iyonları⁺ ve K⁺ aksonun içine ve dışına nüfuz ederek aksiyon potansiyellerinin oluşmasına neden olur. Şu anda, aksiyon potansiyellerinin oluşumunun, Ranvier'in yakalamalarının tek işlevi olduğuna inanılmaktadır.

Bununla birlikte, [2] çalışmasında, Ranvier'in müdahalelerinin bir önemli işlevi daha yerine getirebildiği gösterildi: Ranvier'in müdahalelerinde tutarlı akustik salınımlar üretilir.

Tutarlı akustik salınımların üretimi, Ranvier'in müdahalelerinde gerçekleştirilen akustik elektrik lazer etkisi nedeniyle gerçekleştirilir, çünkü bu etkinin uygulanması için gerekli her iki koşul da yerine getirilir:

1) titreşim modlarının uyarıldığı pompalamanın varlığı, 2) geri bildirimin gerçekleştirildiği bir rezonatörün varlığı.

1) Pompalama, iyon akımları Na ile sağlanır.⁺ ve K⁺Ranvier'in müdahalelerinden akıyor. Kanalların yüksek yoğunluğu nedeniyle (10¹² santimetre^-2) ve yüksek verimleri (10⁷ iyon / sn), Ranvier'in kesişimleri yoluyla iyon akımının yoğunluğu son derece yüksektir. Kanaldan geçen iyonlar, kanalın iç yüzeyini oluşturan alt birimlerin titreşim modlarını harekete geçirir ve lazer etkisi nedeniyle bu modlar senkronize olarak uyumlu hipersonik salınımlar oluşturur.

2) Dağıtılmış bir geri besleme oluşturan bir rezonatörün işlevi, aralarına Ranvier'in müdahalelerinin kapatıldığı miyelin kılıflarında bulunan periyodik bir yapı tarafından gerçekleştirilir. Periyodik yapı, d ~ 10 kalınlığında membran katmanları tarafından oluşturulur.^-6 santimetre.

Bu periyot bir rezonans dalga boyuna karşılık gelir λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 cm ve frekans ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Hz, υ ~ 10⁵ cm / sn - hipersonik dalgaların hızı.

İyon kanallarının seçici olması önemli bir rol oynar. Kanalların çapı, iyonların çapı ile örtüşür, bu nedenle iyonlar, kanalın iç yüzeyini kaplayan alt birimlerle yakın temas halindedir.

Sonuç olarak, iyonlar enerjilerinin çoğunu bu alt birimlerin titreşim modlarına aktarır: iyonların enerjisi, pompalamanın fiziksel nedeni olan kanalları oluşturan alt birimlerin titreşim enerjisine dönüştürülür.

Lazer etkisinin gerçekleşmesi için gerekli her iki koşulun da yerine getirilmesi, Ranvier'in müdahalelerinin akustik lazerler olduğu anlamına gelir (şimdi bunlara "saser" denir). Nöronal zarlardaki saserlerin bir özelliği, pompalamanın iyonik bir akım tarafından gerçekleştirilmesidir: Ranvier yakalamaları, ~ 5 * 10 frekanslı tutarlı akustik salınımlar üreten saserlerdir.¹⁰ Hz..

Lazer etkisi nedeniyle, Ranvier'in kesişim noktalarından geçen iyon akımı, yalnızca bu kesişmeleri oluşturan moleküllerin titreşim modlarını uyarmakla kalmaz (bu, iyon akımının enerjisinin termal enerjiye basit bir dönüşümü olacaktır): Ranvier'in müdahalelerinde, salınım modları senkronize edilir, bunun sonucunda rezonans frekansının tutarlı salınımları oluşur.

Ranvier'in hipersonik frekansın akustik dalgaları biçimindeki yakalamalarında üretilen salınımlar, beynin bilgi sisteminin maddi bir taşıyıcısı olarak hizmet eden akustik (hipsonik) bir "girişim modeli" oluşturdukları miyelin kılıflarına yayılır

II. Kubitleri akustik titreşim modları olan bir kuantum bilgisayar gibi beynin bilgi sistemi

Beyinde yüksek frekanslı tutarlı akustik salınımların varlığına ilişkin sonuç gerçeğe tekabül ediyorsa, beynin bilgi sisteminin bu salınımlar temelinde çalışması çok muhtemeldir: kayıt için böyle geniş bir ortam kesinlikle kullanılmalıdır. ve bilgileri yeniden üretir.

Tutarlı hipersonik titreşimlerin varlığı, beynin kuantum bilgisayar modunda çalışmasına izin verir. Temel bilgi hücrelerinin (kübitler) hipersonik salınım modları temelinde oluşturulduğu bir "beyin" kuantum bilgisayarını gerçekleştirmek için en olası mekanizmayı ele alalım.

Bir kübit, temel durumların rastgele bir doğrusal birleşimidir | Ψ₀> ve | Ψ₁> α normalizasyon koşulunu sağlayan α, β katsayıları ile² + β² = 1. Titreşim modları durumunda, temel durumlar bu modları karakterize eden 4 parametreden herhangi biri ile farklılık gösterebilir: genlik, frekans, polarizasyon, faz.

Aksonların tüm alanlarında bu 2 parametre yaklaşık olarak aynı olduğundan, genlik ve frekans muhtemelen bir kübit oluşturmak için kullanılmaz.

Geriye üçüncü ve dördüncü olasılıklar kalıyor: kutuplaşma ve faz. Polarizasyona ve akustik titreşimlerin fazına dayalı kübitler, fotonların polarizasyonunun ve fazının kullanıldığı kübitlere tamamen benzerdir (fotonları fononlarla değiştirmek temel bir öneme sahip değildir).

Beynin miyelin ağında akustik kübitler oluşturmak için polarizasyon ve fazın birlikte kullanılması muhtemeldir. Bu 2 niceliğin değerleri, akson miyelin kılıfının her bir kesitinde salınım modunun oluşturduğu elips tipini belirler: beyindeki bir kuantum bilgisayarın akustik kübitlerinin temel durumları eliptik polarizasyon ile verilir.

Beyindeki aksonların sayısı nöronların sayısıyla eşleşir: yaklaşık 10¹¹… Bir aksonun ortalama 30 miyelin segmenti vardır ve her segment bir kübit olarak işlev görebilir. Bu, beynin bilgi sistemindeki kübit sayısının 3*10'a ulaşabileceği anlamına gelir.¹².

Bu kadar çok sayıda kübite sahip bir cihazın bilgi kapasitesi, hafızasında 2 adet kübit bulunan geleneksel bir bilgisayara eşdeğerdir.^{3 000 000 000 000}bit.

Bu değer, Evrendeki parçacıkların sayısından 10 milyar kat daha fazladır (10).⁸⁰). Beynin kuantum bilgisayarının bu kadar büyük bir bilgi kapasitesi, keyfi olarak büyük miktarda bilgi kaydetmenize ve herhangi bir sorunu çözmenize izin verir.

Bilgi kaydetmek için özel bir kayıt cihazı oluşturmanız gerekmez: bilgi, bilginin işlendiği aynı ortamda (kubitlerin kuantum durumlarında) saklanabilir.

Her görüntü ve hatta bir görüntünün her bir "gölgesi" (belirli bir görüntünün diğer görüntülerle tüm ara bağlantılarını hesaba katarak) Hilbert uzayındaki bir noktayla ilişkilendirilebilir ve beyindeki bir kuantum bilgisayarın kübitlerinin bir dizi durumunu yansıtır.. Hilbert uzayında bir dizi kübit aynı noktada olduğunda, bu görüntü bilinçte "yanıp söner" ve yeniden üretilir.

Akustik kübitlerin beyindeki bir kuantum bilgisayarında dolanması iki şekilde gerçekleştirilebilir.

İlk yol: beynin miyelin ağının bölümleri arasında yakın temasın varlığı ve bu temaslar yoluyla dolaşıklığın aktarılması nedeniyle.

İkinci yol: dolaşıklık, aynı titreşim modlarının birden fazla tekrarının bir sonucu olarak ortaya çıkabilir: bu modlar arasındaki korelasyon, öğeler arasında yerel olmayan bir bağlantının kurulduğu tek bir kuantum durumu haline gelir (muhtemelen, NR¹- düz çizgiler [1]). Yerel olmayan bir bağlantının varlığı, beynin bilgi ağının "kuantum paralelliği" kullanarak tutarlı hesaplamalar yapmasına izin verir.

Beynin kuantum bilgisayarına son derece yüksek hesaplama gücü veren bu özelliktir.

Beynin kuantum bilgisayarının etkili bir şekilde çalışması için 3*10'un tümünü kullanmaya gerek yoktur.¹² potansiyel kübitler Bir kuantum bilgisayarın çalışması, kübit sayısı yaklaşık bin (10) olsa bile verimli olacaktır.³). Bu sayıda kübit, yalnızca 30 aksondan oluşan bir akson demetinde oluşturulabilir (her sinir bir "mini" kuantum bilgisayar olabilir). Böylece, bir kuantum bilgisayar beynin çok küçük bir bölümünü kaplayabilir ve beyinde birçok kuantum bilgisayar bulunabilir.

Beyin bilgi sisteminin önerilen mekanizmasına ana itiraz, hipersonik dalgaların büyük zayıflamasıdır. Bu engel "aydınlanma" etkisi ile aşılabilir.

Üretilen titreşim modlarının yoğunluğu, kendinden kaynaklı şeffaflık modunda yayılma için yeterli olabilir (titreşim modunun tutarlılığını bozabilecek termal titreşimler, kendileri bu titreşim modunun bir parçası haline gelir).

III. İnsan beyni ile aynı fiziksel prensipler üzerine inşa edilmiş bir kuantum bilgisayar

Beynin bilgi sistemi gerçekten kübitleri akustik modlar olan bir kuantum bilgisayar gibi çalışıyorsa, aynı prensiplerde çalışacak bir bilgisayar yaratmak oldukça mümkündür.

Önümüzdeki 5-6 ay içinde yazar, beynin bilgi sistemini simüle eden bir kuantum bilgisayar için patent başvurusunda bulunmayı planlıyor.

5-6 yıl sonra, insan beyninin görüntüsü ve benzerliği üzerinde çalışan yapay zekanın ilk örneklerinin ortaya çıkmasını bekleyebiliriz.

Kuantum bilgisayarları, kuantum mekaniğinin en genel yasalarını kullanır. Doğa daha genel yasaları "icat etmedi", bu nedenle oldukça doğaldır. bilinç, doğa tarafından sağlanan bilgileri işlemek ve kaydetmek için maksimum olasılıkları kullanarak bir kuantum bilgisayar ilkesi üzerinde çalışır..

Beynin miyelin ağındaki tutarlı akustik elektrik salınımlarını tespit etmek için doğrudan bir deney yapılması tavsiye edilir. Bunu yapmak için, beynin miyelin ağının bölümlerini bir lazer ışını ile ışınlamak ve iletilen veya yansıyan ışıkta yaklaşık 5 * 10 frekanslı modülasyonu tespit etmeye çalışmak gerekir.¹⁰ Hz.

Benzer bir deney, bir aksonun fiziksel bir modeli üzerinde gerçekleştirilebilir, yani. yerleşik iyon kanallarına sahip yapay olarak oluşturulmuş bir zar. Bu deney, çalışması beynin çalışmasıyla aynı fiziksel ilkeler üzerinde gerçekleştirilecek olan bir kuantum bilgisayarı yaratmanın ilk adımı olacak.

Bir beyin gibi (ve bir beyinden daha iyi) çalışan kuantum bilgisayarların yaratılması, uygarlığın bilgi desteğini niteliksel olarak yeni bir düzeye yükseltecektir.

Çözüm

Yazar, bilim camiasının dikkatini, beyin bilgi sisteminin mekanizmasını anlamak ve bilincin doğasını tanımlamak için önemli olabilecek çeyrek yüzyıl önceki [2] çalışmasına çekmeye çalışır. Çalışmanın özü, nöronal zarların (Ranvier kesişimleri) bireysel bölümlerinin tutarlı akustik salınım kaynakları olarak hizmet ettiğini kanıtlamaktır.

Bu çalışmanın temel yeniliği, Ranvier'in müdahalelerinde üretilen salınımların, hafıza ve bilinç taşıyıcısı olarak beynin bilgi sisteminin çalışması için kullanıldığı mekanizmanın tanımında yatmaktadır.

Hipotez, beynin bilgi sisteminin, kübitlerin işlevinin nöronların zarlarındaki akustik osilasyon modları tarafından gerçekleştirildiği bir kuantum bilgisayarı gibi çalıştığını doğrular. Çalışmanın ana görevi, bu tezi kanıtlamaktır. beyin, kübitleri nöronal zarların uyumlu salınımları olan bir kuantum bilgisayardır..

Polarizasyon ve faz ile birlikte, nöronal zarlarda kübit oluşturmak için kullanılabilecek hipersonik dalgaların bir başka parametresi bükülmedir (bu 5^{ve ben} yörünge açısal momentumun varlığını yansıtan dalgaların karakteristiği).

Dönen dalgaların yaratılması herhangi bir özel zorluk yaratmaz: bunun için Ranvier kesişimlerinin ve miyelin bölgelerinin sınırında spiral yapılar veya kusurlar mevcut olmalıdır. Muhtemelen, bu tür yapılar ve kusurlar mevcuttur (ve miyelin kılıfların kendileri spiraldir).

Önerilen modele göre, beyindeki ana bilgi taşıyıcısı, şu anda inanıldığı gibi gri madde değil, beynin beyaz maddesidir (miyelin kılıfları). Miyelin kılıfları sadece aksiyon potansiyellerinin yayılma hızını arttırmaya değil, aynı zamanda hafıza ve bilincin ana taşıyıcısına da hizmet eder: bilgilerin çoğu beynin gri maddesinde değil beyazda işlenir.

Beynin bilgi sisteminin önerilen modeli çerçevesinde Descartes'ın ortaya koyduğu psikofiziksel sorun bir çözüm buluyor: “Bir insanda beden ve ruh nasıl ilişkilidir?”, Başka bir deyişle, madde ve bilinç arasındaki ilişki nedir?

Cevap aşağıdaki gibidir: ruh Hilbert uzayında bulunur, ancak uzay-zamanda var olan maddi parçacıkların oluşturduğu kuantum kübitler tarafından yaratılır..

Modern teknoloji, beynin aksonal ağının yapısını yeniden üretebilir ve hipersonik titreşimlerin bu ağda gerçekten üretilip üretilmediğini kontrol edebilir ve ardından bu titreşimlerin kübit olarak kullanılacağı bir kuantum bilgisayar oluşturabilir.

Zamanla, bir akustoelektrik kuantum bilgisayara dayalı yapay zeka, insan bilincinin niteliksel özelliklerini aşabilecektir. Bu, insan evriminde temelden yeni bir adım atmayı mümkün kılacaktır ve bu adım, kişinin kendi bilinci tarafından yapılacaktır.

Son çalışma bildirimini uygulamaya başlama zamanı geldi [2]: "Gelecekte, insan beyniyle aynı fiziksel prensipler üzerinde çalışacak bir nörobilgisayar yaratmak mümkün.".

sonuçlar

1. Nöronların zarlarında uyumlu akustik salınımlar vardır: bu salınımlar, Ranvier'in kesişimlerindeki akustik lazer etkisine göre üretilir ve miyelin kılıflarına yayılır

2. Nöronların miyelin kılıflarındaki tutarlı akustik salınımlar, beynin bilgi sisteminin bir kuantum bilgisayar prensibi üzerinde çalıştığı temelinde, kübitlerin işlevini yerine getirir

3. Önümüzdeki yıllarda, beynin bilgi sisteminin çalıştığı aynı fiziksel ilkeler üzerinde çalışan bir kuantum bilgisayar olan yapay zekayı yaratmak mümkün

EDEBİYAT

1. V. A. Shashlov, Evrenin Yeni Modeli (I) // "Üçlemecilik Akademisi", M., El No. 77-6567, yayın. 24950, 20.11.2018