الكيوبتات العصبية أو كيف يعمل الكمبيوتر الكمومي في الدماغ

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

يشار إلى العمليات الفيزيائية التي تحدث في أغشية الخلايا العصبية في النطاق فوق الصوتي. يتضح أن هذه العمليات يمكن أن تكون بمثابة أساس لتشكيل العناصر الأساسية (الكيوبتات) للحاسوب الكمومي ، وهو نظام المعلومات للدماغ. يُقترح إنشاء كمبيوتر كمي بناءً على نفس المبادئ الفيزيائية التي يعمل عليها الدماغ.

يتم تقديم المادة كفرضية.

مقدمة. صياغة المشكلة

يهدف هذا العمل إلى الكشف عن محتوى الخاتمة النهائية (رقم 12) للعمل السابق [1]: "يعمل الدماغ مثل الكمبيوتر الكمي ، حيث يتم تنفيذ وظيفة الكيوبت من خلال التذبذبات الكهروضوئية المتماسكة لأجزاء من أغلفة المايلين في الخلايا العصبية ، ويتم الاتصال بين هذه الأقسام بسبب التفاعل غير المحلي من خلال NR¹-مباشرة ".

تم نشر الفكرة الأساسية التي يقوم عليها هذا الاستنتاج قبل ربع قرن في مجلة "Radiofizika" [2]. كان جوهر الفكرة هو أنه في أقسام منفصلة من النيوترونات ، أي في اعتراضات رانفييه ، يتم إنشاء التذبذبات الكهروضوئية المتماسكة بتردد ~ 5 * 10¹⁰هرتز ، وهذه التقلبات بمثابة الناقل الرئيسي للمعلومات في نظام المعلومات في الدماغ.

هذه الورقة توضح ذلك إن الأنماط الكهروضوئية المتذبذبة في أغشية الخلايا العصبية قادرة على أداء وظيفة الكيوبتات ، والتي على أساسها يُبنى عمل نظام المعلومات في الدماغ ، كجهاز كمبيوتر كمي.

موضوعي

هذا العمل له 3 أهداف:

1) للفت الانتباه إلى العمل [2] ، الذي ظهر قبل 25 عامًا أن التذبذبات الفائقة السرعة المتماسكة يمكن أن تتولد في أغشية الخلايا العصبية ،

2) وصف نموذجًا جديدًا لنظام معلومات الدماغ ، والذي يعتمد على وجود تذبذبات فرط صوتية متماسكة في أغشية الخلايا العصبية ،

3) اقتراح نوع جديد من الحواسيب الكمومية ، يعمل عمله على محاكاة عمل نظام معلومات الدماغ إلى أقصى حد.

محتوى العمل

يصف القسم الأول الآلية الفيزيائية للتوليد في أغشية الخلايا العصبية للتذبذبات الصوتية الكهربية المتماسكة بتردد 5 * 10¹⁰هرتز.

يصف القسم الثاني مبادئ نظام معلومات الدماغ بناءً على التذبذبات المتماسكة المتولدة في أغشية الخلايا العصبية.

في القسم الثالث ، يُقترح إنشاء جهاز كمبيوتر كمومي يحاكي نظام المعلومات في الدماغ.

1. طبيعة التذبذبات المتماسكة في أغشية الخلايا العصبية

يتم وصف بنية الخلية العصبية في أي دراسة عن علوم الأعصاب. تحتوي كل خلية عصبية على جسم رئيسي ، والعديد من العمليات (التشعبات) ، والتي من خلالها تتلقى إشارات من الخلايا الأخرى ، وعملية طويلة (محور عصبي) ، والتي من خلالها تبعث هي نفسها نبضات كهربائية (إمكانات الفعل).

في المستقبل ، سننظر حصريًا في المحاور. يحتوي كل محور عصبي على مناطق من نوعين بالتناوب مع بعضها البعض:

1- اعتراضات رانفير

2. أغلفة المايلين.

كل اعتراض لرانفير محاط بجزءين من النخاع. طول اعتراض رانفييه أقل بثلاث مرات من طول مقطع المايلين: طول اعتراض رانفييه هو 10^-4سم (واحد ميكرون) ، وطول شريحة المايلين 10^-1سم (مليمتر واحد).

اعتراضات رانفير هي المواقع التي يتم دمج القنوات الأيونية فيها. من خلال هذه القنوات ، أيونات الصوديوم⁺ وك⁺ تخترق داخل وخارج المحور العصبي ، مما يؤدي إلى تكوين إمكانات العمل. يُعتقد حاليًا أن تشكيل إمكانات الفعل هو الوظيفة الوحيدة لاعتراضات رانفييه.

ومع ذلك ، في العمل [2] تبين أن اعتراضات رانفييه قادرة على أداء وظيفة أكثر أهمية: في اعتراضات رانفييه ، يتم إنشاء اهتزازات صوتية كهربية متماسكة.

يتم توليد التذبذبات الصوتية الكهربية المتماسكة بسبب تأثير الليزر الكهروضوئي ، والذي يتحقق في اعتراضات Ranvier ، حيث يتم استيفاء كلا الشرطين الضروريين لتنفيذ هذا التأثير:

1) وجود الضخ ، والذي يتم من خلاله إثارة أوضاع الاهتزاز ،

2) وجود مرنان يتم من خلاله تنفيذ التغذية الراجعة.

1) يتم توفير الضخ بواسطة التيارات الأيونية Na⁺ وك⁺تتدفق من خلال اعتراضات رانفييه. بسبب الكثافة العالية للقنوات (10¹² سم^-2) وإنتاجيتها العالية (10⁷ أيون / ثانية) ، كثافة تيار الأيونات من خلال اعتراضات رانفييه عالية للغاية. تثير الأيونات التي تمر عبر القناة الأنماط الاهتزازية للوحدات الفرعية التي تشكل السطح الداخلي للقناة ، وبسبب تأثير الليزر ، تتم مزامنة هذه الأوضاع ، مما يؤدي إلى تذبذبات فرط صوتية متماسكة.

2) وظيفة الرنان ، التي تنشئ ردود فعل موزعة ، يتم تنفيذها من خلال بنية دورية ، موجودة في أغلفة المايلين ، والتي يتم إحاطتها باعتراضات رانفييه. يتم إنشاء الهيكل الدوري بواسطة طبقات من الأغشية بسمك d ~ 10^-6 سم.

تتوافق هذه الفترة مع طول موجة طنين λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 سم والتردد ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ هرتز ، υ ~ 10⁵ سم / ثانية - سرعة الموجات فوق الصوتية.

تلعب حقيقة أن القنوات الأيونية انتقائية دورًا مهمًا. يتطابق قطر القنوات مع قطر الأيونات ، لذلك تكون الأيونات على اتصال وثيق بالوحدات الفرعية التي تبطن السطح الداخلي للقناة.

نتيجة لذلك ، تنقل الأيونات معظم طاقتها إلى الأوضاع الاهتزازية لهذه الوحدات الفرعية: يتم تحويل طاقة الأيونات إلى طاقة اهتزازية للوحدات الفرعية التي تشكل القنوات ، وهذا هو السبب المادي للضخ.

إن استيفاء كلا الشرطين الضروريين لتحقيق تأثير الليزر يعني أن اعتراضات رانفييه هي ليزر صوتي (يطلق عليها الآن "سايزر"). تتمثل إحدى ميزات sasers في أغشية الخلايا العصبية في أن الضخ يتم بواسطة تيار أيوني: اعتراضات رانفير عبارة عن قواطع تولد اهتزازات صوتية كهربية متماسكة بتردد ~ 5 * 10¹⁰ هرتز.

بسبب تأثير الليزر ، فإن التيار الأيوني الذي يمر عبر اعتراضات رانفييه لا يثير فقط الأنماط الاهتزازية للجزيئات التي تشكل هذه الاعتراضات (والتي ستكون تحويلًا بسيطًا لطاقة تيار الأيونات إلى طاقة حرارية): اعتراضات Ranvier ، تتم مزامنة الأوضاع التذبذبية ، ونتيجة لذلك تتشكل التذبذبات المتماسكة لتردد الرنين.

تنتشر التذبذبات المتولدة في اعتراضات رانفييه على شكل موجات صوتية ذات تردد فوق صوتي في أغلفة المايلين ، حيث تشكل "نمط تداخل" صوتي (فرط صوتي) ، والذي يعمل كحامل مادي لنظام المعلومات في الدماغ

ثانيًا. نظام معلومات الدماغ ، مثل الكمبيوتر الكمي ، والكيوبتات منه عبارة عن أوضاع اهتزازية كهربية صوتية

إذا كان الاستنتاج حول وجود اهتزازات صوتية متماسكة عالية التردد في الدماغ يتوافق مع الواقع ، فمن المحتمل جدًا أن يعمل نظام المعلومات في الدماغ على أساس هذه التذبذبات: يجب بالتأكيد استخدام مثل هذا الوسيط الواسع لتسجيل وإعادة إنتاج المعلومات.

يسمح وجود اهتزازات تفوق سرعة الصوت متماسكة للدماغ بالعمل في وضع الكمبيوتر الكمومي. دعونا ننظر في الآلية الأكثر احتمالا لتحقيق الكمبيوتر الكمومي "الدماغ" ، حيث يتم إنشاء الخلايا الأولية للمعلومات (الكيوبتات) على أساس أنماط تذبذبية تفوق سرعة الصوت.

الكيوبت عبارة عن مجموعة خطية عشوائية من الحالات الأساسية | Ψ₀> و | Ψ₁> مع المعاملات α ، التي تفي بشرط التطبيع α² + β² = 1.في حالة الأوضاع الاهتزازية ، يمكن أن تختلف الحالات الأساسية بأي من المعلمات الأربعة التي تميز هذه الأوضاع: السعة ، التردد ، الاستقطاب ، الطور.

من المحتمل ألا يتم استخدام السعة والتردد لإنشاء كيوبت ، لأنه في جميع مناطق المحاور ، تكون هاتان المعلمتان متماثلتان تقريبًا.

يبقى الاحتمالان الثالث والرابع: الاستقطاب والمرحلة. الكيوبتات المبنية على الاستقطاب وطور الاهتزازات الصوتية مماثلة تمامًا للكيوبتات التي يتم فيها استخدام استقطاب الفوتونات وطورها (استبدال الفوتونات بالفونونات ليس له أهمية أساسية).

من المحتمل أن يتم استخدام الاستقطاب والمرحلة معًا لتكوين كيوبتات صوتية في شبكة الميالين في الدماغ. تحدد قيم هاتين الكميتين نوع القطع الناقص الذي يشكله الوضع التذبذب في كل مقطع عرضي لغمد المايلين المحوري: تُعطى الحالات الأساسية للكيوبتات الصوتية للحاسوب الكمومي في الدماغ عن طريق الاستقطاب الإهليلجي.

يتطابق عدد المحاور في الدماغ مع عدد الخلايا العصبية: حوالي 10¹¹… يحتوي المحور العصبي على متوسط 30 قطعة من المايلين ، ويمكن أن يعمل كل جزء ككيوبت. وهذا يعني أن عدد وحدات البت في نظام المعلومات في الدماغ يمكن أن يصل إلى 3 * 10¹².

إن سعة المعلومات لجهاز به مثل هذا العدد من الكيوبتات تعادل الكمبيوتر التقليدي ، حيث تحتوي ذاكرته على 2^{3 000 000 000 000}بت.

هذه القيمة أكبر بمقدار 10 مليار أمر من عدد الجسيمات في الكون (10⁸⁰). تسمح لك سعة المعلومات الكبيرة للكمبيوتر الكمومي للدماغ بتسجيل كمية كبيرة من المعلومات بشكل تعسفي وحل أي مشاكل.

لتسجيل المعلومات ، لا تحتاج إلى إنشاء جهاز تسجيل خاص: يمكن تخزين المعلومات على نفس الوسيلة التي تتم بها معالجة المعلومات (في الحالات الكمية للكيوبتات).

يمكن ربط كل صورة وحتى كل "ظل" للصورة (مع مراعاة جميع الترابطات بين صورة معينة مع الصور الأخرى) بنقطة في فضاء هيلبرت ، مما يعكس مجموعة من حالات الكيوبتات في الكمبيوتر الكمومي في الدماغ. عندما تكون مجموعة من الكيوبتات في نفس النقطة في فضاء هيلبرت ، فإن هذه الصورة "تومض" في الوعي ويتم إعادة إنتاجها.

يمكن تحقيق تشابك الكيوبتات الصوتية في الكمبيوتر الكمومي في الدماغ بطريقتين.

الطريقة الأولى: بسبب وجود اتصال وثيق بين أجزاء شبكة الميالين في الدماغ ونقل التشابك من خلال هذه الاتصالات.

الطريقة الثانية: يمكن أن يظهر التشابك نتيجة التكرار المتعدد لنفس مجموعة أوضاع الاهتزاز: يصبح الارتباط بين هذه الأوضاع حالة كمومية واحدة ، بين العناصر التي يتم إنشاء اتصال غير محلي (ربما بمساعدة NR¹- خطوط مستقيمة [1]). يسمح وجود اتصال غير محلي لشبكة معلومات الدماغ بإجراء عمليات حسابية متسقة باستخدام "التوازي الكمومي".

هذه الخاصية هي التي تمنح الكمبيوتر الكمومي في الدماغ قوة حسابية عالية للغاية.

لكي يعمل الكمبيوتر الكمومي للدماغ بشكل فعال ، ليست هناك حاجة لاستخدام جميع 3 * 10¹² الكيوبتات المحتملة. سيكون تشغيل الكمبيوتر الكمي فعالاً حتى لو كان عدد البتات يبلغ حوالي ألف (10³). يمكن تشكيل هذا العدد من الكيوبتات في حزمة محاور واحدة ، تتكون من 30 محورًا فقط (يمكن أن يكون كل عصب كمبيوتر كمي "صغير"). وبالتالي ، يمكن للحاسوب الكمومي أن يشغل جزءًا صغيرًا من الدماغ ، ويمكن أن توجد العديد من أجهزة الكمبيوتر الكمومية في الدماغ.

الاعتراض الرئيسي على الآلية المقترحة لنظام معلومات الدماغ هو التوهين الكبير للموجات فوق الصوتية. يمكن التغلب على هذه العقبة من خلال تأثير "التنوير".

قد تكون شدة الأنماط الاهتزازية المتولدة كافية للانتشار في وضع الشفافية المستحثة ذاتيًا (تصبح الاهتزازات الحرارية ، التي يمكن أن تدمر تماسك الوضع الاهتزازي ، جزءًا من هذا الوضع الاهتزازي).

ثالثا. كمبيوتر كمي مبني على نفس المبادئ الفيزيائية للدماغ البشري

إذا كان نظام المعلومات في الدماغ يعمل حقًا مثل الكمبيوتر الكمومي ، والكيوبتات التي هي عبارة عن أوضاع كهربية صوتية ، فمن الممكن تمامًا إنشاء جهاز كمبيوتر يعمل على نفس المبادئ.

في غضون 5-6 أشهر القادمة ، يعتزم المؤلف تقديم طلب للحصول على براءة اختراع لجهاز كمبيوتر كمومي يحاكي نظام المعلومات في الدماغ.

بعد 5-6 سنوات نتوقع ظهور العينات الأولى من الذكاء الاصطناعي ، تعمل في صورة وشبه دماغ الإنسان.

تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية القوانين الأكثر عمومية لميكانيكا الكم. الطبيعة "لم تخترع" أي قوانين أكثر عمومية ، لذلك من الطبيعي أن يعمل الوعي على مبدأ الكمبيوتر الكمومي ، باستخدام أقصى إمكانيات لمعالجة وتسجيل المعلومات التي توفرها الطبيعة.

يُنصح بإجراء تجربة مباشرة لاكتشاف التذبذبات الكهروضوئية المتماسكة في شبكة المايلين في الدماغ. للقيام بذلك ، يجب على المرء تشعيع أجزاء من شبكة المايلين في الدماغ بشعاع ليزر ومحاولة اكتشاف التعديل بتردد حوالي 5 * 10 في الضوء المرسل أو المنعكس.¹⁰ هرتز.

يمكن إجراء تجربة مماثلة على نموذج مادي لمحور عصبي ، أي غشاء مصطنع مع قنوات أيونية مدمجة. ستكون هذه التجربة هي الخطوة الأولى نحو إنشاء كمبيوتر كمي ، سيتم تنفيذ عمله وفقًا لنفس المبادئ الفيزيائية مثل عمل الدماغ.

سيؤدي إنشاء أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تعمل مثل الدماغ (وأفضل من الدماغ) إلى رفع الدعم المعلوماتي للحضارة إلى مستوى نوعي جديد.

استنتاج

يحاول المؤلف لفت انتباه المجتمع العلمي إلى عمل ربع قرن مضى [2] ، والذي قد يكون مهمًا لفهم آلية نظام معلومات الدماغ وتحديد طبيعة الوعي. يتمثل جوهر العمل في إثبات أن الأقسام الفردية من الأغشية العصبية (اعتراضات رانفير) تعمل كمصادر للتذبذبات الصوتية الكهربية المتماسكة.

تكمن الحداثة الأساسية لهذا العمل في وصف الآلية التي يتم من خلالها استخدام التذبذبات المتولدة في اعتراضات رانفييه لتشغيل نظام معلومات الدماغ كحامل للذاكرة والوعي.

تم إثبات الفرضية القائلة بأن نظام المعلومات في الدماغ يعمل مثل الكمبيوتر الكمي ، حيث يتم تنفيذ وظيفة الكيوبت بواسطة أوضاع تذبذبية صوتية كهربية في أغشية الخلايا العصبية. المهمة الرئيسية للعمل هي إثبات صحة الأطروحة الدماغ هو جهاز كمبيوتر كمي تعتبر كيوبتاته اهتزازات متماسكة لأغشية الخلايا العصبية.

جنبًا إلى جنب مع الاستقطاب والمرحلة ، هناك عامل آخر للموجات فوق الصوتية في الأغشية العصبية التي يمكن استخدامها لتشكيل الكيوبتات وهو التواء (هذا هو 5^{و انا} خاصية الموجات ، مما يعكس وجود الزخم الزاوي المداري).

لا يشكل إنشاء الموجات الدوامة أي صعوبات خاصة: لهذا ، يجب أن تكون الهياكل أو العيوب الحلزونية موجودة عند حدود اعتراضات رانفييه ومناطق المايلين. على الأرجح ، توجد مثل هذه الهياكل والعيوب (وأغلفة المايلين نفسها حلزونية).

وفقًا للنموذج المقترح ، فإن الناقل الرئيسي للمعلومات في الدماغ هو المادة البيضاء في الدماغ (أغلفة المايلين) ، وليس المادة الرمادية ، كما يُعتقد حاليًا.تعمل أغلفة المايلين ليس فقط على زيادة سرعة انتشار إمكانات الفعل ، ولكن أيضًا الحامل الرئيسي للذاكرة والوعي: تتم معالجة معظم المعلومات باللون الأبيض ، وليس في المادة الرمادية للدماغ.

في إطار النموذج المقترح لنظام معلومات الدماغ ، تجد المشكلة النفسية الفيزيائية التي يطرحها ديكارت حلاً: "كيف يرتبط الجسد والروح في الشخص؟" ، بمعنى آخر ، ما هي العلاقة بين المادة والوعي؟

الجواب هو كالآتي: الروح موجودة في فضاء هلبرت ، لكنها تتشكل بواسطة كيوبتات كمومية تتكون من جسيمات مادية موجودة في الزمكان.

التكنولوجيا الحديثة قادرة على إعادة إنتاج بنية الشبكة المحورية للدماغ والتحقق مما إذا كانت الاهتزازات فوق الصوتية تتولد بالفعل في هذه الشبكة ، ومن ثم إنشاء كمبيوتر كمي حيث سيتم استخدام هذه الاهتزازات كوحدات كيوبت.

بمرور الوقت ، سيتمكن الذكاء الاصطناعي القائم على الكمبيوتر الكمومي الصوتي من تجاوز الخصائص النوعية للوعي البشري. هذا سيجعل من الممكن اتخاذ خطوة جديدة في الأساس في التطور البشري ، وستتخذ هذه الخطوة من خلال وعي الشخص نفسه.

حان الوقت لبدء تنفيذ بيان العمل النهائي [2]: "في المستقبل ، من الممكن إنشاء حاسوب عصبي يعمل على نفس المبادئ الفيزيائية للدماغ البشري.".

الاستنتاجات

1. في أغشية الخلايا العصبية ، توجد اهتزازات كهربية صوتية متماسكة: يتم إنشاء هذه التذبذبات وفقًا لتأثير الليزر الصوتي في اعتراضات رانفيير وتنتشر في أغلفة المايلين

2. تؤدي التذبذبات الكهروضوئية المتماسكة في أغلفة المايلين للخلايا العصبية وظيفة الكيوبتات ، والتي على أساسها يعمل نظام المعلومات في الدماغ على مبدأ الكمبيوتر الكمومي

3. في السنوات القادمة ، من الممكن إنشاء ذكاء اصطناعي ، وهو كمبيوتر كمومي يعمل على نفس المبادئ الفيزيائية التي يعمل عليها نظام المعلومات في الدماغ

المؤلفات

1. V. Shashlov ، النموذج الجديد للكون (I) // "Academy of Trinitarianism" ، M. ، El No. 77-6567 ، سنة النشر. 24950 ، 20.11.2018