Neuraalsed kubiidid ehk kuidas aju kvantarvuti töötab

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Näidatud on hüperhelivahemikus olevate neuronite membraanides toimuvad füüsikalised protsessid. On näidatud, et need protsessid võivad olla aluseks kvantarvuti, mis on aju infosüsteem, võtmeelementide (qubits) moodustamiseks. Tehakse ettepanek luua kvantarvuti, mis põhineb samadel füüsikalistel põhimõtetel, millel aju töötab.

Materjal esitatakse hüpoteesina.

Sissejuhatus. Probleemi sõnastamine

Selle töö eesmärk on paljastada eelmise töö [1] lõpliku (nr 12) järelduse sisu: "Aju töötab nagu kvantarvuti, milles kubitide funktsiooni täidavad neuronite müeliinkestade lõikude koherentsed akustoelektrilised võnked ja nende sektsioonide vaheline ühendus toimub NR-i kaudu toimuva mittelokaalse interaktsiooni tõttu.¹- otsene".

Selle järelduse aluseks olev põhiidee avaldati veerand sajandit tagasi ajakirjas "Radiofizika" [2]. Idee olemus seisnes selles, et neutronite eraldi osades, nimelt Ranvieri pealtkuulamisel, genereeritakse koherentsed akustoelektrilised võnked sagedusega ~ 5 * 10¹⁰Hz ja need kõikumised toimivad peamise teabekandjana aju infosüsteemis.

See paber näitab seda akustoelektrilised võnkerežiimid neuronite membraanides on võimelised kvantarvutina täitma kubitite funktsiooni, mille alusel ehitatakse üles aju infosüsteemi töö..

Eesmärk

Sellel tööl on 3 eesmärki:

1) juhtida tähelepanu tööle [2], milles 25 aastat tagasi näidati, et neuronite membraanides on võimalik tekitada koherentseid hüperhelivõnkumisi, 2) kirjeldab uut aju infosüsteemi mudelit, mis põhineb koherentsete hüperhelivõnkumiste olemasolul neuronite membraanides;

3) pakkuda välja uut tüüpi kvantarvuti, mille töö simuleerib maksimaalselt aju infosüsteemi tööd.

Töö sisu

Esimeses osas kirjeldatakse koherentsete akustoelektriliste võnkumiste sagedusega 5 * 10 neuronite membraanides tekitamise füüsikalist mehhanismi.¹⁰Hz.

Teises osas kirjeldatakse aju infosüsteemi põhimõtteid, mis põhinevad neuronite membraanides tekkivatel koherentsetel võnkumistel.

Kolmandas osas tehakse ettepanek luua kvantarvuti, mis simuleerib aju infosüsteemi.

I. Koherentsete võnkumiste olemus neuronite membraanides

Neuronite ehitust kirjeldatakse igas neuroteaduste monograafias. Iga neuron sisaldab põhikeha, palju protsesse (dendriite), mille kaudu ta saab signaale teistelt rakkudelt, ja pikka protsessi (aksonit), mille kaudu ta ise kiirgab elektrilisi impulsse (aktsioonipotentsiaale).

Tulevikus käsitleme ainult aksoneid. Iga akson sisaldab kahte tüüpi alasid, mis vahelduvad üksteisega:

1. Ranvieri pealtlöögid, 2. müeliinkestad.

Iga Ranvieri pealtkuulamine on suletud kahe müeliinitud segmendi vahele. Ranvieri pealtkuulamise pikkus on 3 suurusjärku väiksem kui müeliini segmendi pikkus: Ranvieri pealtkuulamise pikkus on 10^-4cm (üks mikron) ja müeliini segmendi pikkus on 10^-1cm (üks millimeeter).

Ranvieri pealtkuulamised on kohad, kuhu on põimitud ioonkanalid. Nende kanalite kaudu Na-ioonid⁺ ja K⁺ tungivad aksonisse ja sealt välja, mille tulemusena moodustuvad aktsioonipotentsiaalid. Praegu arvatakse, et aktsioonipotentsiaalide moodustamine on Ranvieri pealtkuulamiste ainus funktsioon.

Töös [2] aga näidati, et Ranvieri pealtkuulamised on võimelised täitma veel üht olulist funktsiooni: Ranvieri pealtkuulamisel tekivad koherentsed akustoelektrilised võnked.

Koherentsete akustoelektriliste võnkumiste genereerimine toimub Ranvieri pealtkuulamisel realiseeritud akustilise laserefekti tõttu, kuna mõlemad selle efekti rakendamiseks vajalikud tingimused on täidetud:

1) pumpamise olemasolu, mille abil ergastatakse vibratsioonirežiime, 2) resonaatori olemasolu, mille kaudu toimub tagasiside.

1) Pumpamist tagavad ioonvoolud Na⁺ ja K⁺voolab läbi Ranvieri vahelejäämise. Kanalite suure tiheduse tõttu (10¹² cm^-2) ja nende suur läbilaskevõime (10⁷ ioon / sek), on ioonvoolu tihedus Ranvieri pealtkuulamise kaudu äärmiselt kõrge. Kanalit läbivad ioonid ergastavad kanali sisepinna moodustavate allüksuste võnkerežiime ning laserefekti tõttu on need režiimid sünkroniseeritud, moodustades koherentseid hüperhelivõnkumisi.

2) Resonaatori funktsiooni, tekitades hajutatud tagasisidet, täidab perioodiline struktuur, mis asub müeliinkestades, mille vahele jäävad Ranvieri pealtkuulamised. Perioodilise struktuuri loovad membraanikihid paksusega d ~ 10^-6 cm.

See periood vastab resonantslainepikkusele λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 cm ja sagedus ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Hz, υ ~ 10⁵ cm / sek - hüperheli lainete kiirus.

Olulist rolli mängib asjaolu, et ioonkanalid on selektiivsed. Kanalite läbimõõt ühtib ioonide läbimõõduga, seega on ioonid tihedas kontaktis kanali sisepinda ääristavate allüksustega.

Selle tulemusena kannavad ioonid suurema osa oma energiast üle nende allüksuste vibratsioonirežiimidele: ioonide energia muundatakse kanaleid moodustavate allüksuste vibratsioonienergiaks, mis on pumpamise füüsikaliseks põhjuseks.

Mõlema laserefekti realiseerimiseks vajaliku tingimuse täitmine tähendab, et Ranvieri pealtkuulajad on akustilised laserid (nüüd nimetatakse neid "saseriteks"). Neuronaalsetes membraanides olevate saserite eripäraks on see, et pumpamine toimub ioonvoolu abil: Ranvieri pealtkuulamised on saserid, mis genereerivad koherentseid akustoelektrilisi võnkumisi sagedusega ~ 5 * 10¹⁰ Hz.

Laserefekti tõttu ei erguta Ranvieri pealtkuulamisi läbiv ioonvool mitte ainult neid pealtkuulamisi moodustavate molekulide vibratsioonirežiime (mis oleks lihtne ioonvoolu energia muundamine soojusenergiaks): Ranvieri pealtkuulamisel sünkroniseeritakse võnkerežiimid, mille tulemusena tekivad resonantssageduse koherentsed võnked.

Ranvieri pealtkuulamisel tekkivad võnked hüperhelisagedusega akustiliste lainetena levivad müeliini ümbristesse, kus moodustavad akustilise (hühelimärgilise) "häiremustri", mis toimib aju infosüsteemi materiaalse kandjana

II. Aju infosüsteem nagu kvantarvuti, mille qubitid on akustoelektrilised vibratsioonirežiimid

Kui järeldus kõrgsageduslike koherentsete akustiliste võnkumiste olemasolust ajus vastab tegelikkusele, siis suure tõenäosusega töötab nende võnkumiste baasil ka aju infosüsteem: salvestamiseks tuleb kindlasti kasutada sellist mahukat kandjat. ja teavet taasesitada.

Koherentsete hüpersooniliste vibratsioonide olemasolu võimaldab ajul töötada kvantarvuti režiimis. Vaatleme kõige tõenäolisemat mehhanismi "aju" kvantarvuti realiseerimiseks, milles hüperheli võnkerežiimide alusel luuakse elementaarsed teaberakud (qubits).

Kubit on baasolekute suvaline lineaarne kombinatsioon | Ψ₀> ja | Ψ₁> koefitsientidega α, β, mis rahuldavad normaliseerimistingimust α² + β² = 1. Vibratsioonirežiimide puhul võivad baasseisundid erineda ükskõik millise nelja neid režiime iseloomustava parameetri poolest: amplituud, sagedus, polarisatsioon, faas.

Tõenäoliselt ei kasutata kubiti loomiseks amplituudi ja sagedust, kuna kõigis aksonite piirkondades on need 2 parameetrit ligikaudu samad.

Alles jäävad kolmas ja neljas võimalus: polarisatsioon ja faas. Polarisatsioonil ja akustiliste vibratsioonide faasil põhinevad kubitid on täiesti analoogsed kubitidega, milles kasutatakse footonite polarisatsiooni ja faasi (footonite asendamine fononitega ei oma põhimõttelist tähtsust).

On tõenäoline, et polarisatsiooni ja faasi kasutatakse koos akustiliste kubitide moodustamiseks aju müeliinivõrgus. Nende kahe suuruse väärtused määravad ellipsi tüübi, mille võnkerežiim moodustab igas aksoni müeliini ümbrise ristlõikes: ajus oleva kvantarvuti akustiliste kubittide põhiseisundid on antud elliptilise polarisatsiooni abil.

Aksonite arv ajus vastab neuronite arvule: umbes 10¹¹… Ühel aksonil on keskmiselt 30 müeliini segmenti ja iga segment võib toimida kubitina. See tähendab, et kubitide arv aju infosüsteemis võib ulatuda 3 * 10-ni¹².

Sellise kubitide arvuga seadme infomaht on samaväärne tavalise arvutiga, mille mälus on 2^{3 000 000 000 000}bitti.

See väärtus on 10 miljardit suurusjärku suurem kui osakeste arv universumis (10⁸⁰). Aju kvantarvuti nii suur infomaht võimaldab salvestada meelevaldselt suure hulga informatsiooni ja lahendada tekkinud probleeme.

Teabe salvestamiseks ei ole vaja luua spetsiaalset salvestusseadet: teavet saab salvestada samale andmekandjale, millega teavet töödeldakse (kubitite kvantolekutes).

Iga kujutist ja isegi pildi iga "varjundit" (võttes arvesse antud kujutise kõiki seoseid teiste kujutistega) saab seostada Hilberti ruumi punktiga, mis peegeldab ajus asuva kvantarvuti kubitide olekute komplekti.. Kui kubitide kogum on Hilberti ruumis samas punktis, siis see pilt "vilgab" teadvuses ja see taastoodetakse.

Akustiliste kubittide põimumist aju kvantarvutisse saab teostada kahel viisil.

Esimene viis: aju müeliinivõrgu osade vahelise tiheda kontakti olemasolu ja nende kontaktide kaudu takerdumise ülekandumise tõttu.

Teine viis: takerdumine võib ilmneda sama vibratsioonirežiimide komplekti mitme korduse tulemusena: nende režiimide vaheline korrelatsioon muutub üheks kvantolekuks, mille elementide vahel luuakse mittelokaalne ühendus (tõenäoliselt NR¹- sirgjooned [1]). Mittelokaalse ühenduse olemasolu võimaldab aju infovõrgul teha järjepidevaid arvutusi, kasutades "kvantparalleelsust".

Just see omadus annab aju kvantarvutile ülikõrge arvutusvõimsuse.

Aju kvantarvuti tõhusaks tööks ei ole vaja kasutada kõiki 3 * 10¹² potentsiaalsed kubitid. Kvantarvuti töö on efektiivne isegi siis, kui kubitide arv on umbes tuhat (10³). Selle arvu kubiteid saab moodustada ühes aksonikimbus, mis koosneb ainult 30 aksonist (iga närv võib olla "mini" kvantarvuti). Seega võib kvantarvuti hõivata väikese osa ajust ja ajus võib eksisteerida palju kvantarvuteid.

Peamine vastuväide aju infosüsteemi kavandatavale mehhanismile on hüperheli lainete suur sumbumine. Selle takistuse saab ületada "valgustuse" efekti abil.

Loodud vibratsioonirežiimide intensiivsus võib olla piisav levimiseks iseindutseeritud läbipaistvuse režiimis (termilised vibratsioonid, mis võivad hävitada vibratsioonirežiimi koherentsuse, muutuvad ise selle vibratsioonirežiimi osaks).

III. Kvantarvuti, mis on ehitatud samadel füüsikalistel põhimõtetel nagu inimese aju

Kui aju infosüsteem tõesti töötab nagu kvantarvuti, mille kubitid on akustoelektrilised režiimid, siis on täiesti võimalik luua samadel põhimõtetel töötav arvuti.

Järgmise 5-6 kuu jooksul kavatseb autor esitada patenditaotluse aju infosüsteemi simuleerivale kvantarvutile.

5-6 aasta pärast võime oodata esimeste tehisintellekti näidiste ilmumist, mis töötavad inimaju kujundis ja sarnasuses.

Kvantarvutid kasutavad kvantmehaanika kõige üldisemaid seadusi. Üldisemaid seadusi loodus "ei leiutanud", seetõttu on täiesti loomulik, et teadvus töötab kvantarvuti põhimõttel, kasutades maksimaalselt looduse poolt pakutavaid võimalusi informatsiooni töötlemiseks ja salvestamiseks.

Aju müeliinivõrgu koherentsete akustoelektriliste võnkumiste tuvastamiseks on soovitatav läbi viia otsene katse. Selleks tuleks aju müeliinivõrgu osi kiiritada laserkiirega ja püüda tuvastada modulatsiooni sagedusega umbes 5 * 10 läbiva või peegeldunud valguse puhul.¹⁰ Hz.

Sarnase katse saab läbi viia aksoni füüsilisel mudelil, st. kunstlikult loodud membraan, millel on sisseehitatud ioonkanalid. See katse on esimene samm kvantarvuti loomise suunas, mille töö toimub samadel füüsikalistel põhimõtetel nagu aju töö.

Kvantarvutite loomine, mis töötavad nagu aju (ja paremini kui aju), tõstab tsivilisatsiooni infotoe kvalitatiivselt uuele tasemele.

Järeldus

Autor püüab juhtida teadusringkondade tähelepanu veerandsajandi tagusele tööle [2], mis võib olla oluline aju infosüsteemi mehhanismi mõistmisel ja teadvuse olemuse tuvastamisel. Töö põhiolemus on tõestada, et neuronaalsete membraanide üksikud lõigud (Ranvieri pealtkuulamised) toimivad koherentsete akustoelektriliste võnkumiste allikana.

Selle töö fundamentaalne uudsus seisneb mehhanismi kirjelduses, mille abil Ranvieri pealtkuulamisel tekkivaid võnkumisi kasutatakse aju kui mälu ja teadvuse kandja infosüsteemi tööks.

Põhjendatud on hüpotees, et aju infosüsteem töötab nagu kvantarvuti, milles kubitite funktsiooni täidavad akustoelektrilised võnkerežiimid neuronite membraanides. Töö põhiülesanne on põhjendada teesi, et aju on kvantarvuti, mille kubitid on neuronaalsete membraanide koherentsed võnked.

Lisaks polarisatsioonile ja faasile on neuronite membraanide hüperheli lainete teine parameeter, mida saab kasutada kubitite moodustamiseks, twist (see on 5^{ja mina} lainetele iseloomulik, peegeldades orbiidi nurkimpulsi olemasolu).

Pöörlevate lainete tekitamine ei tekita erilisi raskusi: selleks peavad Ranvieri vahelejäämise ja müeliini piirkondade piiril olema spiraalsed struktuurid või defektid. Tõenäoliselt on sellised struktuurid ja defektid olemas (ja müeliinkestad ise on spiraalsed).

Väljapakutud mudeli järgi on peamiseks teabekandjaks ajus aju valgeaine (müeliinkestad), mitte hallollus, nagu praegu arvatakse. Müeliinkestad ei suurenda mitte ainult aktsioonipotentsiaalide levimiskiirust, vaid on ka mälu ja teadvuse peamiseks kandjaks: suurem osa teabest töödeldakse aju valges, mitte hallis aines.

Väljapakutud aju infosüsteemi mudeli raames leiab lahenduse Descartes’i püstitatud psühhofüüsiline probleem: “Kuidas suhestuvad keha ja vaim inimeses?” Teisisõnu, milline on aine ja teadvuse suhe?

Vastus on järgmine: vaim eksisteerib Hilberti ruumis, kuid selle loovad kvantkubiidid, mille moodustavad aegruumis eksisteerivad aineosakesed.

Kaasaegne tehnoloogia suudab reprodutseerida aju aksonaalse võrgu struktuuri ja kontrollida, kas selles võrgus tekivad ka tegelikult hüperhelivõnked, ning seejärel luua kvantarvuti, milles neid vibratsioone kasutatakse kubitidena.

Aja jooksul suudab akustoelektrilisel kvantarvutil põhinev tehisintellekt ületada inimteadvuse kvalitatiivsed omadused. See võimaldab astuda põhimõtteliselt uue sammu inimese evolutsioonis ja selle sammu teeb inimese enda teadvus.

On saabunud aeg alustada lõpliku tööaruande [2] rakendamist: "Tulevikus on võimalik luua neuroarvuti, mis hakkab töötama samadel füüsikalistel põhimõtetel nagu inimese aju.".

järeldused

1. Neuronite membraanides esinevad koherentsed akustoelektrilised võnkumised: need võnked tekivad vastavalt akustilisele laserefektile Ranvieri pealtkuulamisel ja levivad müeliinkestadesse

2. Koherentsed akustoelektrilised võnked neuronite müeliinkestades täidavad kubitite funktsiooni, mille alusel töötab aju infosüsteem kvantarvuti põhimõttel

3. Lähiaastatel on võimalik luua tehisintellekt, mis on samadel füüsikalistel põhimõtetel töötav kvantarvuti, millel töötab aju infosüsteem

KIRJANDUS

1. V. A. Šašlov, Universumi uus mudel (I) // "Kolmainsuse akadeemia", M., El nr 77-6567, publ. 24950, 20.11.2018