Sinir kubitləri və ya beynin kvant kompüterinin necə işlədiyi

2024 Müəllif: Seth Attwood | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-16 15:57

Hipersəs diapazonunda neyronların membranlarında baş verən fiziki proseslər göstərilir. Göstərilir ki, bu proseslər beynin informasiya sistemi olan kvant kompüterinin əsas elementlərinin (qubitlərinin) formalaşması üçün əsas ola bilər. Beynin işlədiyi eyni fiziki prinsiplər əsasında kvant kompüterinin yaradılması təklif edilir.

Material hipotez kimi təqdim olunur.

Giriş. Problemin formalaşdırılması

Bu iş əvvəlki işin [1] yekun (No12) nəticəsinin məzmununu açmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur: “Beyin kvant kompüteri kimi işləyir, burada qubitlərin funksiyası neyronların miyelin qabığının hissələrinin əlaqəli akustoelektrik rəqsləri ilə yerinə yetirilir və bu bölmələr arasındakı əlaqə NR vasitəsilə yerli olmayan qarşılıqlı əlaqə sayəsində həyata keçirilir.¹-birbaşa ".

Bu qənaətin əsasında duran fundamental fikir dörddə bir əsr əvvəl “Radiofizika” [2] jurnalında dərc edilmişdir. İdeyanın mahiyyəti ondan ibarət idi ki, neytronların ayrı-ayrı bölmələrində, yəni Ranvierin kəsişmələrində ~ 5 * 10 tezliyi ilə əlaqəli akustoelektrik salınımlar yaranır.¹⁰Hz və bu dalğalanmalar beynin informasiya sistemində əsas məlumat daşıyıcısı rolunu oynayır.

Bu kağız bunu göstərir neyronların membranlarında akustoelektrik salınım rejimləri kvant kompüteri kimi beynin informasiya sisteminin işi qurulan qubit funksiyasını yerinə yetirməyə qadirdir..

Məqsəd

Bu işin 3 məqsədi var:

1) 25 il əvvəl neyronların membranlarında koherent hipersəs salınımlarının əmələ gələ biləcəyinin göstərildiyi işə [2] diqqəti cəlb etmək, 2) neyronların membranlarında əlaqəli hipersəs salınımlarının mövcudluğuna əsaslanan beyin məlumat sisteminin yeni modelini təsvir edin;

3) işi beynin informasiya sisteminin işini maksimum dərəcədə simulyasiya edəcək yeni tip kvant kompüteri təklif etmək.

Əsərin məzmunu

Birinci bölmə 5 * 10 sıra tezliyi ilə əlaqəli akustoelektrik salınımların neyronlarının membranlarında əmələ gəlməsinin fiziki mexanizmini təsvir edir.¹⁰Hz.

İkinci bölmə neyronların membranlarında əmələ gələn ardıcıl rəqslərə əsaslanan beyin informasiya sisteminin prinsiplərini təsvir edir.

Üçüncü bölmədə beynin informasiya sistemini simulyasiya edən kvant kompüterinin yaradılması təklif olunur.

I. Neyronların membranlarında koherent rəqslərin təbiəti

Neyronun quruluşu nevrologiyaya dair hər hansı bir monoqrafiyada təsvir edilmişdir. Hər bir neyron əsas gövdədən, bir çox proseslərdən (dendritlər) ibarətdir ki, onun vasitəsilə digər hüceyrələrdən siqnal alır və uzun bir proses (akson) vardır ki, onun vasitəsilə özü elektrik impulsları (fəaliyyət potensialı) verir.

Gələcəkdə biz yalnız aksonları nəzərdən keçirəcəyik. Hər bir akson bir-biri ilə dəyişən 2 növ sahəni ehtiva edir:

1. Ranvierin müdaxilələri, 2. miyelin qabıqları.

Ranvierin hər kəsilməsi iki miyelinli seqment arasında bağlanır. Ranvierin tutulmasının uzunluğu miyelin seqmentinin uzunluğundan 3 dərəcə azdır: Ranvierin tutulmasının uzunluğu 10-dur.^-4sm (bir mikron), miyelin seqmentinin uzunluğu isə 10-dur^-1sm (bir millimetr).

Ranvierin ələ keçirmələri ion kanallarının yerləşdiyi yerlərdir. Bu kanallar vasitəsilə Na ionları⁺ və K⁺ akson içərisinə və xaricə nüfuz edir, nəticədə fəaliyyət potensialı yaranır. Hal-hazırda hesab olunur ki, fəaliyyət potensialının formalaşması Ranvierin müdaxilələrinin yeganə funksiyasıdır.

Bununla belə, [2] işində Ranvierin ələ keçirmələrinin daha bir vacib funksiyanı yerinə yetirməyə qadir olduğu göstərildi: Ranvierin kəsişmələrində koherent akustoelektrik salınımlar əmələ gəlir..

Koherent akustoelektrik salınımların yaranması Ranvierin tutmalarında həyata keçirilən akustoelektrik lazer effekti hesabına həyata keçirilir, çünki bu effektin həyata keçirilməsi üçün hər iki zəruri şərt yerinə yetirilir:

1) vibrasiya rejimlərinin həyəcanlandığı nasosun olması;

2) əks əlaqənin həyata keçirildiyi rezonatorun olması.

1) Nasos Na ion cərəyanları ilə təmin edilir⁺ və K⁺Ranvierin kəsişmələri ilə axır. Kanalların yüksək sıxlığına görə (10¹² sm^-2) və onların yüksək ötürmə qabiliyyəti (10⁷ ion / san), Ranvierin kəsişmələri vasitəsilə ion cərəyanının sıxlığı olduqca yüksəkdir. Kanaldan keçən ionlar kanalın daxili səthini təşkil edən alt bölmələrin vibrasiya rejimlərini həyəcanlandırır və lazer effekti hesabına bu rejimlər sinxronlaşdırılaraq koherent hipersəs rəqsləri əmələ gətirir.

2) Paylanmış rəy yaradan rezonatorun funksiyası, Ranvierin kəsişmələrinin bağlandığı miyelin örtüklərində mövcud olan dövri bir quruluş tərəfindən yerinə yetirilir. Dövri quruluş d ~ 10 qalınlığında olan membran təbəqələri tərəfindən yaradılır^-6 sm.

Bu dövr rezonans dalğa uzunluğuna λ ~ 2d ~ 2 * 10 uyğun gəlir^-6 sm və tezlik ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Hz, υ ~ 10⁵ sm / s - hipersəs dalğalarının sürəti.

İon kanallarının seçici olması mühüm rol oynayır. Kanalların diametri ionların diametri ilə üst-üstə düşür, ona görə də ionlar kanalın daxili səthini düzən alt bölmələrlə sıx təmasda olur.

Nəticədə, ionlar enerjisinin böyük hissəsini bu alt bölmələrin vibrasiya rejimlərinə köçürür: ionların enerjisi, nasosun fiziki səbəbi olan kanalları təşkil edən alt bölmələrin vibrasiya enerjisinə çevrilir.

Lazer effektinin həyata keçirilməsi üçün hər iki zəruri şərtin yerinə yetirilməsi o deməkdir ki, Ranvierin tutmaları akustik lazerlərdir (indi onlara “sazer” deyilir). Neyron membranlarındakı saserlərin bir xüsusiyyəti, nasosun ion cərəyanı ilə həyata keçirilməsidir: Ranvier müdaxilələri ~ 5 * 10 tezliyi ilə əlaqəli akustoelektrik salınımlar yaradan sasersdir.¹⁰ Hz.

Lazer effektinə görə, Ranvierin kəsişmələrindən keçən ion cərəyanı təkcə bu kəsişmələri təşkil edən molekulların vibrasiya rejimlərini həyəcanlandırmır (bu, ion cərəyanının enerjisinin istilik enerjisinə sadə çevrilməsi olardı): Ranvierin kəsişmələri, salınım rejimləri sinxronlaşdırılır, bunun nəticəsində rezonans tezliyinin ardıcıl salınımları əmələ gəlir.

Ranvierin ələ keçirmələrində hipersəs tezliyinin akustik dalğaları şəklində yaranan salınımlar miyelin qabıqlarına yayılır və burada beynin informasiya sisteminin maddi daşıyıcısı kimi xidmət edən akustik (hipersəs) “müdaxilə nümunəsi” əmələ gətirir

II. Kubitləri akustoelektrik vibrasiya rejimləri olan kvant kompüteri kimi beynin informasiya sistemi

Əgər beyində yüksək tezlikli koherent akustik rəqslərin olması ilə bağlı gəldiyi nəticə həqiqətə uyğundursa, çox güman ki, beynin informasiya sistemi bu salınımlar əsasında işləyir: qeyd etmək üçün mütləq belə tutumlu mühitdən istifadə edilməlidir. və məlumatları təkrarlayır.

Koherent hipersəs vibrasiyalarının olması beynin kvant kompüteri rejimində işləməsinə imkan verir. Hipersonik salınım rejimləri əsasında elementar məlumat hüceyrələrinin (qubits) yaradıldığı "beyin" kvant kompüterinin reallaşdırılması üçün ən ehtimal olunan mexanizmi nəzərdən keçirək.

Qubit əsas vəziyyətlərin ixtiyari xətti birləşməsidir | Ψ₀> və | Ψ₁> α normallaşma şərtini ödəyən α, β əmsalları ilə² + β² = 1. Vibrasiya rejimləri vəziyyətində əsas vəziyyətlər bu rejimləri xarakterizə edən 4 parametrdən hər hansı biri ilə fərqlənə bilər: amplituda, tezlik, qütbləşmə, faza.

Amplituda və tezlik, ehtimal ki, bir kubit yaratmaq üçün istifadə edilmir, çünki aksonların bütün sahələrində bu 2 parametr təxminən eynidir.

Üçüncü və dördüncü imkanlar qalır: qütbləşmə və faza. Qütbləşməyə və akustik vibrasiya mərhələsinə əsaslanan qubitlər, fotonların qütbləşməsi və fazasının istifadə olunduğu qubitlərə tamamilə analojidir (fotonları fononlarla əvəz etməyin fundamental əhəmiyyəti yoxdur).

Çox güman ki, beynin mielin şəbəkəsində akustik kubitlər yaratmaq üçün qütbləşmə və faza birlikdə istifadə olunur. Bu 2 kəmiyyətin dəyərləri akson miyelin qabığının hər kəsişməsində salınım rejiminin əmələ gətirdiyi ellipsin növünü müəyyən edir: beyindəki kvant kompüterinin akustik kubitlərinin əsas vəziyyətləri elliptik qütbləşmə ilə verilir..

Beyindəki aksonların sayı neyronların sayına uyğundur: təxminən 10¹¹… Bir akson orta hesabla 30 miyelin seqmentinə malikdir və hər bir seqment qubit kimi fəaliyyət göstərə bilər. Bu o deməkdir ki, beynin informasiya sistemindəki kubitlərin sayı 3*10-a çata bilər¹².

Belə sayda kubit olan cihazın məlumat tutumu yaddaşı 2 olan adi kompüterə bərabərdir.^{3 000 000 000 000}bitlər.

Bu dəyər Kainatdakı hissəciklərin sayından (10) 10 milyard dəfə böyükdür.⁸⁰). Beynin kvant kompüterinin belə böyük informasiya tutumu ixtiyari olaraq böyük həcmdə məlumatı qeyd etməyə və istənilən problemi həll etməyə imkan verir.

Məlumatı qeyd etmək üçün xüsusi qeyd cihazı yaratmağa ehtiyac yoxdur: məlumat informasiyanın işləndiyi eyni mühitdə (qubitlərin kvant vəziyyətlərində) saxlanıla bilər.

Təsvirin hər bir təsviri və hətta hər bir “kölgəsi” (verilmiş təsvirin digər təsvirlərlə bütün qarşılıqlı əlaqəsini nəzərə alaraq) beyində kvant kompüterinin qubit hallarının dəstini əks etdirən Hilbert fəzasındakı nöqtə ilə əlaqələndirilə bilər.. Hilbert fəzasında bir sıra qubitlər eyni nöqtədə olduqda, bu görüntü şüurda "yanıb-sönür" və o, təkrar istehsal olunur.

Akustik kubitlərin beyindəki kvant kompüterinə qarışması iki yolla həyata keçirilə bilər.

Birinci yol: beynin miyelin şəbəkəsinin hissələri arasında sıx əlaqənin olması və bu təmaslar vasitəsilə dolaşıqlığın ötürülməsi səbəbindən.

İkinci yol: dolaşıqlıq eyni vibrasiya rejimlərinin çoxlu təkrarlanması nəticəsində yarana bilər: bu rejimlər arasında korrelyasiya vahid kvant vəziyyətinə çevrilir, onun elementləri arasında qeyri-lokal əlaqə qurulur (ehtimal ki, NR¹- düz xətlər [1]). Yerli olmayan əlaqənin olması beynin informasiya şəbəkəsinə “kvant paralelizmindən” istifadə edərək ardıcıl hesablamalar aparmağa imkan verir.

Beynin kvant kompüterinə son dərəcə yüksək hesablama gücü verən bu xüsusiyyətdir.

Beynin kvant kompüterinin effektiv işləməsi üçün 3*10-un hamısından istifadə etməyə ehtiyac yoxdur¹² potensial qubitlər. Qubitlərin sayı minə yaxın olsa belə, kvant kompüterinin işləməsi səmərəli olacaq (10³). Bu sayda qubitlər yalnız 30 aksondan ibarət olan bir akson dəstəsində əmələ gələ bilər (hər sinir “mini” kvant kompüteri ola bilər). Beləliklə, kvant kompüteri beynin kiçik bir hissəsini tuta bilər və beyində bir çox kvant kompüteri mövcud ola bilər.

Beyin informasiya sisteminin təklif olunan mexanizminə əsas etiraz hipersəs dalğalarının böyük zəifləməsidir. Bu maneəni “maarifləndirmə” effekti ilə dəf etmək olar.

Yaranan vibrasiya rejimlərinin intensivliyi öz-özünə induksiya edilmiş şəffaflıq rejimində yayılmaq üçün kifayət ola bilər (vibrasiya rejiminin uyğunluğunu poza bilən istilik vibrasiyaları özləri bu vibrasiya rejiminin bir hissəsinə çevrilirlər).

III. İnsan beyni ilə eyni fiziki prinsiplər üzərində qurulmuş kvant kompüteri

Əgər beynin informasiya sistemi həqiqətən də qubitləri akustoelektrik rejimlər olan kvant kompüteri kimi işləyirsə, o zaman eyni prinsiplərlə işləyəcək kompüter yaratmaq tamamilə mümkündür.

Yaxın 5-6 ay ərzində müəllif beynin informasiya sistemini simulyasiya edən kvant kompüterinə patent almaq üçün ərizə vermək niyyətindədir.

5-6 ildən sonra insan beyninin təsvirində və bənzərində işləyən süni intellektin ilk nümunələrinin meydana çıxmasını gözləmək olar.

Kvant kompüterləri kvant mexanikasının ən ümumi qanunlarından istifadə edir. Təbiət daha ümumi qanunlar "icad etməyib", ona görə də bu tamamilə təbiidir şüur təbiət tərəfindən verilən məlumatların işlənməsi və qeyd edilməsi üçün maksimum imkanlardan istifadə edərək kvant kompüteri prinsipi əsasında işləyir..

Beynin miyelin şəbəkəsində əlaqəli akustoelektrik salınımları aşkar etmək üçün birbaşa eksperiment aparmaq məsləhətdir. Bunu etmək üçün beynin miyelin şəbəkəsinin hissələrini lazer şüası ilə şüalandırmaq və ötürülən və ya əks olunan işıqda təxminən 5 * 10 tezliyi ilə modulyasiyanı aşkar etməyə çalışmaq lazımdır.¹⁰ Hz.

Bənzər bir təcrübə bir aksonun fiziki modeli üzərində aparıla bilər, yəni. daxili ion kanalları olan süni yaradılmış membran. Bu təcrübə işi beynin işi ilə eyni fiziki prinsiplər əsasında aparılacaq kvant kompüterinin yaradılması istiqamətində ilk addım olacaq.

Beyin kimi işləyən (və beyindən daha yaxşı) kvant kompüterlərinin yaradılması sivilizasiyanın informasiya təminatını keyfiyyətcə yeni səviyyəyə qaldıracaq.

Nəticə

Müəllif elmi ictimaiyyətin diqqətini dörddə bir əsr əvvəl [2] işinə cəlb etməyə çalışır ki, bu da beynin informasiya sisteminin mexanizmini anlamaq və şüurun təbiətini müəyyən etmək üçün vacib ola bilər. İşin mahiyyəti neyron membranların ayrı-ayrı bölmələrinin (Ranvier kəsişmələri) əlaqəli akustoelektrik rəqslərin mənbəyi kimi xidmət etdiyini sübut etməkdir.

Bu işin əsas yeniliyi yaddaş və şüurun daşıyıcısı kimi beynin informasiya sisteminin işləməsi üçün Ranvierin ələ keçirmələrində yaranan salınımların istifadə edilməsi mexanizminin təsvirindədir.

Hipoteza əsaslandırılır ki, beynin informasiya sistemi kvant kompüteri kimi işləyir, burada kubitlərin funksiyası neyronların membranlarında akustoelektrik salınım rejimləri tərəfindən yerinə yetirilir. İşin əsas vəzifəsi tezisin əsaslandırılmasıdır beyin kvant kompüteridir, onun kubitləri neyron membranlarının ardıcıl salınımlarıdır..

Qütbləşmə və faza ilə yanaşı, neyron membranlardakı hipersəs dalğalarının kubitlər yaratmaq üçün istifadə edilə bilən başqa bir parametri bükülmədir (bu 5-dir.^{və mən} orbital bucaq momentumunun mövcudluğunu əks etdirən dalğalar üçün xarakterikdir).

Dönən dalğaların yaradılması heç bir xüsusi çətinlik yaratmır: bunun üçün Ranvier kəsişmələrinin və miyelin bölgələrinin sərhəddində spiral strukturlar və ya qüsurlar olmalıdır. Yəqin ki, belə strukturlar və qüsurlar mövcuddur (və miyelin qabıqlarının özləri spiraldır).

Təklif olunan modelə görə, beyində informasiyanın əsas daşıyıcısı hazırda hesab edildiyi kimi boz maddə deyil, beynin ağ maddəsidir (mielin qabıqları). Miyelin örtükləri təkcə fəaliyyət potensialının yayılma sürətini artırmaq üçün deyil, həm də yaddaşın və şüurun əsas daşıyıcısıdır: məlumatların çoxu beynin boz maddəsində deyil, ağda işlənir.

Beynin informasiya sisteminin təklif olunan modeli çərçivəsində Dekartın qoyduğu psixofiziki problem öz həllini tapır: “İnsanda bədən və ruh necə əlaqəlidir?”, Başqa sözlə, maddə ilə şüurun əlaqəsi necədir?

Cavab belədir: ruh Hilbert fəzasında mövcuddur, lakin zaman-kosmosda mövcud olan maddi hissəciklərin əmələ gətirdiyi kvant kubitləri ilə yaradılmışdır..

Müasir texnologiya beynin aksonal şəbəkəsinin strukturunu təkrar istehsal edə və bu şəbəkədə hipersəs vibrasiyalarının həqiqətən əmələ gəlib-gəlmədiyini yoxlaya, sonra isə bu titrəyişlərin kubit kimi istifadə olunacağı kvant kompüteri yaratmağa qadirdir.

Zamanla akustoelektrik kvant kompüterinə əsaslanan süni intellekt insan şüurunun keyfiyyət xüsusiyyətlərini üstələyə biləcək. Bu, insanın təkamülündə əsaslı şəkildə yeni bir addım atmağa imkan verəcək və bu addımı insanın özünün şüuru atacaq.

İşin yekun bəyanatını [2] həyata keçirməyə başlamağın vaxtı gəldi: “Gələcəkdə insan beyni ilə eyni fiziki prinsiplər üzərində işləyəcək neyrokompüter yaratmaq mümkündür”..

nəticələr

1. Neyronların membranlarında koherent akustoelektrik rəqslər var: bu rəqslər Ranvierin kəsişmələrində akustik lazer effektinə uyğun olaraq yaranır və mielin qabıqlarına yayılır

2. Neyronların mielin qabıqlarında koherent akustoelektrik rəqslər qubit funksiyasını yerinə yetirir ki, bunun əsasında beynin informasiya sistemi kvant kompüteri prinsipi ilə işləyir

3. Yaxın illərdə beynin informasiya sisteminin işlədiyi eyni fiziki prinsiplər üzərində işləyən kvant kompüteri olan süni intellekt yaratmaq mümkündür

ƏDƏBİYYAT

1. V. A. Şaşlov, Kainatın yeni modeli (I) // "Üçlülük Akademiyası", M., El No. 77-6567, nəşr. 24950, 20.11.2018