Qubit saraf atau cara kerja komputer kuantum otak

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Proses fisik yang terjadi di membran neuron dalam kisaran hipersonik ditunjukkan. Ditunjukkan bahwa proses ini dapat berfungsi sebagai dasar untuk pembentukan elemen kunci (qubit) dari komputer kuantum, yang merupakan sistem informasi otak. Diusulkan untuk membuat komputer kuantum berdasarkan prinsip fisik yang sama di mana otak bekerja.

Materi disajikan sebagai hipotesis.

Pengantar. Rumusan masalah

Karya ini dimaksudkan untuk mengungkap isi kesimpulan akhir (No. 12) dari karya sebelumnya [1]: “Otak bekerja seperti komputer kuantum, di mana fungsi qubit dilakukan oleh osilasi akustoelektrik koheren dari bagian selubung mielin neuron, dan hubungan antara bagian ini dilakukan karena interaksi non-lokal melalui NR.¹-langsung ".

Gagasan mendasar yang mendasari kesimpulan ini diterbitkan seperempat abad yang lalu dalam jurnal "Radiofizika" [2]. Inti dari idenya adalah bahwa di bagian neutron yang terpisah, yaitu, dalam intersepsi Ranvier, osilasi akustoelektrik yang koheren dihasilkan dengan frekuensi ~ 5 * 10¹⁰Hz, dan fluktuasi ini berfungsi sebagai pembawa informasi utama dalam sistem informasi otak.

Makalah ini menunjukkan bahwa mode osilasi akustik di membran neuron mampu melakukan fungsi qubit, atas dasar yang membangun kerja sistem informasi otak, sebagai komputer kuantum.

Objektif

Karya ini memiliki 3 tujuan:

1) untuk menarik perhatian pada pekerjaan [2], di mana telah ditunjukkan 25 tahun yang lalu bahwa osilasi hipersonik yang koheren dapat dihasilkan di membran neuron, 2) menggambarkan model baru dari sistem informasi otak, yang didasarkan pada adanya osilasi hipersonik yang koheren di membran neuron, 3) untuk mengusulkan jenis komputer kuantum baru, yang pekerjaannya akan mensimulasikan kerja sistem informasi otak secara maksimal.

Isi karyanya

Bagian pertama menjelaskan mekanisme fisik generasi dalam membran neuron osilasi akustik yang koheren dengan frekuensi urutan 5 * 10¹⁰Hz.

Bagian kedua menjelaskan prinsip-prinsip sistem informasi otak berdasarkan osilasi koheren yang dihasilkan dalam membran neuron.

Pada bagian ketiga, diusulkan untuk membuat komputer kuantum yang mensimulasikan sistem informasi otak.

I. Sifat osilasi koheren di membran neuron

Struktur neuron dijelaskan dalam monografi apa pun tentang ilmu saraf. Setiap neuron mengandung badan utama, banyak proses (dendrit), yang melaluinya ia menerima sinyal dari sel lain, dan sebuah proses panjang (akson), yang melaluinya ia sendiri memancarkan impuls listrik (potensial aksi).

Di masa depan, kami akan mempertimbangkan secara eksklusif akson. Setiap akson berisi area dari 2 jenis yang bergantian satu sama lain:

1. intersepsi Ranvier, 2. selubung mielin.

Setiap intersepsi Ranvier tertutup antara dua segmen mielin. Panjang intersepsi Ranvier adalah 3 kali lipat lebih kecil dari panjang segmen mielin: panjang intersepsi Ranvier adalah 10^-4cm (satu mikron), dan panjang segmen mielin adalah 10^-1cm (satu milimeter).

Intersepsi Ranvier adalah situs di mana saluran ion tertanam. Melalui saluran ini, ion Na⁺ dan K⁺ menembus masuk dan keluar akson, menghasilkan pembentukan potensial aksi. Saat ini diyakini bahwa pembentukan potensial aksi adalah satu-satunya fungsi intersepsi Ranvier.

Namun, dalam pekerjaan [2] itu menunjukkan bahwa intersepsi Ranvier mampu melakukan satu fungsi penting lagi: dalam intersepsi Ranvier, osilasi akustik yang koheren dihasilkan.

Generasi osilasi acoustoelectric yang koheren dilakukan karena efek laser acoustoelectric, yang diwujudkan dalam intersepsi Ranvier, karena kedua kondisi yang diperlukan untuk penerapan efek ini terpenuhi:

1) adanya pemompaan, yang dengannya mode getaran tereksitasi, 2) adanya resonator melalui mana umpan balik dilakukan.

1) Pemompaan disediakan oleh arus ion Na⁺ dan K⁺mengalir melalui intersepsi Ranvier. Karena kepadatan saluran yang tinggi (10¹² cm^-2) dan throughputnya yang tinggi (10⁷ ion / detik), kerapatan arus ion melalui intersepsi Ranvier sangat tinggi. Ion yang melewati saluran menggairahkan mode getaran subunit yang membentuk permukaan bagian dalam saluran, dan karena efek laser, mode ini disinkronkan, membentuk osilasi hipersonik yang koheren.

2) Fungsi resonator, menciptakan umpan balik terdistribusi, dilakukan oleh struktur periodik, yang ada dalam selubung mielin, di antaranya intersepsi Ranvier tertutup. Struktur periodik dibuat oleh lapisan membran dengan ketebalan d ~ 10^-6 cm.

Periode ini sesuai dengan panjang gelombang resonansi ~ 2d ~ 2 * 10^-6 cm dan frekuensi ~ / ~ 5 * 10¹⁰ Hz, ~ 10⁵ cm / detik - kecepatan gelombang hipersonik.

Peran penting dimainkan oleh fakta bahwa saluran ion bersifat selektif. Diameter saluran bertepatan dengan diameter ion, sehingga ion berada dalam kontak dekat dengan subunit yang melapisi permukaan bagian dalam saluran.

Akibatnya, ion mentransfer sebagian besar energinya ke mode getaran subunit ini: energi ion diubah menjadi energi getaran subunit yang membentuk saluran, yang merupakan alasan fisik untuk pemompaan.

Pemenuhan kedua kondisi yang diperlukan untuk realisasi efek laser berarti bahwa intersepsi Ranvier adalah laser akustik (sekarang disebut "saser"). Fitur saser dalam membran saraf adalah bahwa pemompaan dilakukan oleh arus ionik: Intersepsi Ranvier adalah saser yang menghasilkan osilasi akustik yang koheren dengan frekuensi ~ 5 * 10¹⁰ Hz.

Karena efek laser, arus ion yang melewati intersepsi Ranvier tidak hanya menggairahkan mode vibrasi molekul yang membentuk intersepsi ini (yang akan menjadi konversi sederhana dari energi arus ion menjadi energi panas): di intersepsi Ranvier, mode osilasi disinkronkan, sebagai akibatnya osilasi koheren dari frekuensi resonansi terbentuk.

Osilasi yang dihasilkan dalam intersepsi Ranvier dalam bentuk gelombang akustik frekuensi hipersonik merambat ke dalam selubung mielin, di mana mereka membentuk "pola interferensi" akustik (hipersonik), yang berfungsi sebagai pembawa material sistem informasi otak

II. Sistem informasi otak, seperti komputer kuantum, yang qubitnya adalah mode getaran akustik

Jika kesimpulan tentang adanya osilasi akustik koheren frekuensi tinggi di otak sesuai dengan kenyataan, maka sangat mungkin bahwa sistem informasi otak bekerja berdasarkan osilasi ini: media yang luas seperti itu tentu harus digunakan untuk merekam dan mereproduksi informasi.

Kehadiran getaran hipersonik yang koheren memungkinkan otak untuk beroperasi dalam mode komputer kuantum. Mari kita pertimbangkan mekanisme yang paling mungkin untuk mewujudkan komputer kuantum "otak", di mana sel-sel informasi dasar (qubit) dibuat berdasarkan mode osilasi hipersonik.

Qubit adalah kombinasi linier arbitrer dari keadaan dasar |₀> dan |₁> dengan koefisien, yang memenuhi kondisi normalisasi² +² = 1. Dalam kasus mode vibrasi, keadaan dasar dapat berbeda dengan salah satu dari 4 parameter yang mencirikan mode ini: amplitudo, frekuensi, polarisasi, fase.

Amplitudo dan frekuensi mungkin tidak digunakan untuk membuat qubit, karena di semua area akson, 2 parameter ini kira-kira sama.

Kemungkinan ketiga dan keempat tetap ada: polarisasi dan fase. Qubit berdasarkan polarisasi dan fase getaran akustik sepenuhnya analog dengan qubit di mana polarisasi dan fase foton digunakan (mengganti foton dengan fonon tidak penting secara mendasar).

Ada kemungkinan bahwa polarisasi dan fase digunakan bersama untuk membentuk qubit akustik di jaringan mielin otak. Nilai dari 2 besaran ini menentukan jenis elips yang dibentuk oleh mode osilasi di setiap penampang selubung mielin akson: keadaan dasar qubit akustik dari komputer kuantum di otak diberikan oleh polarisasi elips.

Jumlah akson di otak sesuai dengan jumlah neuron: sekitar 10¹¹… Sebuah akson memiliki rata-rata 30 segmen mielin, dan setiap segmen dapat berfungsi sebagai qubit. Artinya jumlah qubit dalam sistem informasi otak bisa mencapai 3 * 10¹².

Kapasitas informasi perangkat dengan jumlah qubit seperti itu setara dengan komputer konvensional, yang memorinya berisi 2^{3 000 000 000 000}bit.

Nilai ini 10 miliar kali lipat lebih besar dari jumlah partikel di Alam Semesta (10⁸⁰). Kapasitas informasi yang begitu besar dari komputer kuantum otak memungkinkan Anda untuk merekam sejumlah besar informasi dan memecahkan masalah apa pun.

Untuk merekam informasi, Anda tidak perlu membuat alat perekam khusus: informasi dapat disimpan pada media yang sama dengan mana informasi diproses (dalam keadaan kuantum qubit).

Setiap gambar dan bahkan setiap "bayangan" dari suatu gambar (dengan mempertimbangkan semua interkoneksi gambar yang diberikan dengan gambar lain) dapat dikaitkan dengan sebuah titik di ruang Hilbert, yang mencerminkan satu set status qubit dari komputer kuantum di otak. Ketika satu set qubit berada pada titik yang sama di ruang Hilbert, gambar ini "berkilat" dalam kesadaran dan direproduksi.

Keterikatan qubit akustik dalam komputer kuantum di otak dapat dicapai dengan dua cara.

Cara pertama: karena adanya kontak erat antara bagian-bagian jaringan myelin otak dan transfer belitan melalui kontak ini.

Cara kedua: keterjeratan dapat muncul sebagai hasil dari beberapa pengulangan dari set mode vibrasi yang sama: korelasi antara mode-mode ini menjadi keadaan kuantum tunggal, di antara elemen-elemen di mana koneksi nonlokal dibuat (mungkin, dengan bantuan NR¹- garis lurus [1]). Kehadiran koneksi non-lokal memungkinkan jaringan informasi otak untuk melakukan perhitungan yang konsisten menggunakan "paralelisme kuantum."

Properti inilah yang memberikan komputer kuantum otak kekuatan komputasi yang sangat tinggi.

Agar komputer kuantum otak bekerja secara efektif, tidak perlu menggunakan semua 3 * 10¹² qubit potensial. Pengoperasian komputer kuantum akan efisien bahkan jika jumlah qubit sekitar seribu (10³). Jumlah qubit ini dapat dibentuk dalam satu bundel akson, yang hanya terdiri dari 30 akson (setiap saraf dapat menjadi komputer kuantum "mini"). Jadi, komputer kuantum dapat menempati sebagian kecil otak, dan banyak komputer kuantum dapat eksis di otak.

Keberatan utama terhadap mekanisme yang diusulkan dari sistem informasi otak adalah redaman besar gelombang hipersonik. Hambatan ini dapat diatasi dengan efek "pencerahan".

Intensitas mode getaran yang dihasilkan mungkin cukup untuk propagasi dalam mode transparansi yang diinduksi sendiri (getaran termal, yang dapat merusak koherensi mode getaran, dengan sendirinya menjadi bagian dari mode getaran ini).

AKU AKU AKU. Komputer kuantum yang dibangun dengan prinsip fisik yang sama dengan otak manusia

Jika sistem informasi otak benar-benar bekerja seperti komputer kuantum, yang qubitnya adalah mode akustik, maka sangat mungkin untuk membuat komputer yang akan bekerja dengan prinsip yang sama.

Dalam 5-6 bulan ke depan, penulis bermaksud mengajukan permohonan paten untuk komputer kuantum yang mensimulasikan sistem informasi otak.

Setelah 5-6 tahun, kita dapat mengharapkan munculnya sampel pertama kecerdasan buatan, yang bekerja dalam citra dan rupa otak manusia.

Komputer kuantum menggunakan hukum mekanika kuantum yang paling umum. Alam "tidak menemukan" hukum yang lebih umum, oleh karena itu sangat wajar jika kesadaran bekerja berdasarkan prinsip komputer kuantum, menggunakan kemungkinan maksimum untuk memproses dan merekam informasi yang disediakan oleh alam.

Disarankan untuk melakukan percobaan langsung untuk mendeteksi osilasi acoustoelectric yang koheren pada jaringan mielin otak. Untuk melakukan ini, seseorang harus menyinari bagian jaringan myelin otak dengan sinar laser dan mencoba mendeteksi modulasi dengan frekuensi sekitar 5 * 10 dalam cahaya yang ditransmisikan atau dipantulkan.¹⁰ Hz.

Eksperimen serupa dapat dilakukan pada model fisik akson, yaitu. membran yang dibuat secara artifisial dengan saluran ion bawaan. Eksperimen ini akan menjadi langkah pertama menuju pembuatan komputer kuantum, yang pekerjaannya akan dilakukan dengan prinsip fisik yang sama dengan kerja otak.

Penciptaan komputer kuantum yang bekerja seperti otak (dan lebih baik dari otak) akan meningkatkan dukungan informasi peradaban ke tingkat yang baru secara kualitatif.

Kesimpulan

Penulis mencoba menarik perhatian komunitas ilmiah pada karya seperempat abad yang lalu [2], yang mungkin penting untuk memahami mekanisme sistem informasi otak dan mengidentifikasi sifat kesadaran. Inti dari pekerjaan ini adalah untuk membuktikan bahwa bagian individu dari membran saraf (intersepsi Ranvier) berfungsi sebagai sumber osilasi acoustoelectric yang koheren.

Kebaruan mendasar dari pekerjaan ini terletak pada deskripsi mekanisme di mana osilasi yang dihasilkan dalam intersepsi Ranvier digunakan untuk pengoperasian sistem informasi otak sebagai pembawa memori dan kesadaran.

Hipotesis ini didukung bahwa sistem informasi otak bekerja seperti komputer kuantum, di mana fungsi qubit dilakukan oleh mode osilasi akustik di membran neuron. Tugas utama dari pekerjaan adalah untuk mendukung tesis bahwa otak adalah komputer kuantum yang qubitnya adalah osilasi koheren dari membran saraf.

Seiring dengan polarisasi dan fase, parameter lain gelombang hipersonik di membran saraf yang dapat digunakan untuk membentuk qubit adalah twist (ini adalah 5^{dan saya} karakteristik gelombang, yang mencerminkan adanya momentum sudut orbital).

Penciptaan gelombang berputar tidak menimbulkan kesulitan khusus: untuk ini, struktur spiral atau cacat harus ada di perbatasan intersepsi Ranvier dan daerah mielin. Mungkin, struktur dan cacat seperti itu memang ada (dan selubung mielin itu sendiri berbentuk spiral).

Menurut model yang diusulkan, pembawa utama informasi di otak adalah materi putih otak (selubung mielin), dan bukan materi abu-abu, seperti yang diyakini saat ini. Selubung mielin berfungsi tidak hanya untuk meningkatkan kecepatan propagasi potensial aksi, tetapi juga pembawa utama memori dan kesadaran: sebagian besar informasi diproses di bagian putih, dan bukan di materi abu-abu otak.

Dalam kerangka model yang diusulkan dari sistem informasi otak, masalah psikofisik yang diajukan oleh Descartes menemukan solusi: "Bagaimana tubuh dan roh berhubungan dalam diri seseorang?", Dengan kata lain, apa hubungan antara materi dan kesadaran?

Jawabannya adalah sebagai berikut: roh ada di ruang Hilbert, tetapi diciptakan oleh qubit kuantum yang dibentuk oleh partikel material yang ada di ruang-waktu.

Teknologi modern mampu mereproduksi struktur jaringan aksonal otak dan memeriksa apakah getaran hipersonik benar-benar dihasilkan di jaringan ini, dan kemudian membuat komputer kuantum di mana getaran ini akan digunakan sebagai qubit.

Seiring waktu, kecerdasan buatan berbasis komputer kuantum akustik akan mampu melampaui karakteristik kualitatif kesadaran manusia. Ini akan memungkinkan untuk mengambil langkah baru yang fundamental dalam evolusi manusia, dan langkah ini akan dibuat oleh kesadaran orang itu sendiri.

Waktunya telah tiba untuk mulai mengimplementasikan pernyataan kerja akhir [2]: "Di masa depan, adalah mungkin untuk membuat komputer saraf yang akan beroperasi dengan prinsip fisik yang sama seperti otak manusia.".

kesimpulan

1. Dalam membran neuron, ada osilasi akustoelektrik yang koheren: osilasi ini dihasilkan sesuai dengan efek laser akustik dalam intersepsi Ranvier dan merambat ke dalam selubung mielin

2. Osilasi akustik yang koheren dalam selubung mielin neuron melakukan fungsi qubit, yang menjadi dasar sistem informasi otak bekerja berdasarkan prinsip komputer kuantum

3. Di tahun-tahun mendatang, dimungkinkan untuk menciptakan kecerdasan buatan, yang merupakan komputer kuantum yang beroperasi dengan prinsip-prinsip fisik yang sama di mana sistem informasi otak bekerja

LITERATUR

1. V. A. Shashlov, Model baru Semesta (I) // "Akademi Trinitarianisme", M., El No. 77-6567, publ. 24950, 20.11.2018