Qubits neurais ou como o computador quântico do cérebro funciona

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

Os processos físicos que ocorrem nas membranas dos neurônios na faixa hipersônica são indicados. Mostra-se que esses processos podem servir de base para a formação dos elementos-chave (qubits) de um computador quântico, que é o sistema de informação do cérebro. Propõe-se a criação de um computador quântico baseado nos mesmos princípios físicos sobre os quais o cérebro funciona.

O material é apresentado como hipótese.

Introdução. Formulação do problema

Este trabalho pretende revelar o conteúdo da conclusão final (nº 12) do trabalho anterior [1]: “O cérebro funciona como um computador quântico, no qual a função dos qubits é realizada por oscilações acustoelétricas coerentes de seções das bainhas de mielina dos neurônios, e a conexão entre essas seções é realizada devido à interação não local através do NR¹-direcionar ".

A ideia fundamental que subjaz a esta conclusão foi publicada há um quarto de século na revista "Radiofizika" [2]. A essência da ideia era que em seções separadas de nêutrons, a saber, nas interceptações de Ranvier, oscilações acustoelétricas coerentes são geradas com uma frequência de ~ 5 * 10¹⁰Hz, e essas flutuações servem como o principal transportador de informações no sistema de informações do cérebro.

Este artigo mostra que modos oscilatórios acustoelétricos nas membranas dos neurônios são capazes de desempenhar a função de qubits, com base nos quais é construído o trabalho do sistema de informação do cérebro, como um computador quântico.

Objetivo

Este trabalho tem 3 objetivos:

1) chamar a atenção para o trabalho [2], no qual foi mostrado há 25 anos que oscilações hipersônicas coerentes podem ser geradas nas membranas dos neurônios, 2) descrever um novo modelo do sistema de informação do cérebro, que é baseado na presença de oscilações hipersônicas coerentes nas membranas dos neurônios, 3) propor um novo tipo de computador quântico, cujo trabalho simulará ao máximo o funcionamento do sistema de informação do cérebro.

O conteúdo do trabalho

A primeira seção descreve o mecanismo físico de geração nas membranas dos neurônios de oscilações acustoelétricas coerentes com uma frequência da ordem de 5 * 10¹⁰Hz.

A segunda seção descreve os princípios do sistema de informação do cérebro com base nas oscilações coerentes geradas nas membranas dos neurônios.

Na terceira seção, propõe-se a criação de um computador quântico que simule o sistema de informação do cérebro.

I. A natureza das oscilações coerentes nas membranas dos neurônios

A estrutura de um neurônio é descrita em qualquer monografia sobre neurociências. Cada neurônio contém um corpo principal, vários processos (dendritos), por meio dos quais recebe sinais de outras células, e um longo processo (axônio), por meio do qual ele mesmo emite impulsos elétricos (potenciais de ação).

No futuro, consideraremos exclusivamente axônios. Cada axônio contém áreas de 2 tipos alternados entre si:

1. Interceptações de Ranvier, 2. bainhas de mielina.

Cada interceptação de Ranvier é encerrada entre dois segmentos mielinizados. O comprimento da interceptação de Ranvier é 3 ordens de magnitude menor que o comprimento do segmento de mielina: o comprimento da interceptação de Ranvier é 10^-4cm (um mícron), e o comprimento do segmento de mielina é 10^-1cm (um milímetro).

As interceptações de Ranvier são os locais nos quais os canais iônicos estão inseridos. Por meio desses canais, os íons Na⁺ e K⁺ penetrar dentro e fora do axônio, resultando na formação de potenciais de ação. Atualmente, acredita-se que a formação de potenciais de ação seja a única função das interceptações de Ranvier.

No entanto, no trabalho [2] foi mostrado que as interceptações de Ranvier são capazes de desempenhar mais uma função importante: nas interceptações de Ranvier, oscilações acustoelétricas coerentes são geradas.

A geração de oscilações acustoelétricas coerentes é realizada devido ao efeito do laser acustoelétrico, que se realiza nas interceptações de Ranvier, desde que sejam satisfeitas as duas condições necessárias para a implementação deste efeito:

1) a presença de bombeamento, por meio do qual os modos vibracionais são excitados, 2) a presença de um ressonador por meio do qual o feedback é realizado.

1) O bombeamento é fornecido por correntes iônicas Na⁺ e K⁺fluindo através das interceptações de Ranvier. Devido à alta densidade dos canais (10¹² cm^-2) e seu alto rendimento (10⁷ íon / s), a densidade da corrente de íons através das interceptações de Ranvier é extremamente alta. Os íons que passam pelo canal excitam os modos vibracionais das subunidades que formam a superfície interna do canal e, devido ao efeito do laser, esses modos são sincronizados, formando oscilações hipersônicas coerentes.

2) A função de ressonador, criando um feedback distribuído, é realizada por uma estrutura periódica, presente nas bainhas de mielina, entre as quais se encerram as interceptações de Ranvier. A estrutura periódica é criada por camadas de membranas com espessura de d ~ 10^-6 cm.

Este período corresponde a um comprimento de onda ressonante λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 cm e frequência ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Hz, υ ~ 10⁵ cm / seg - velocidade de ondas hipersônicas.

Um papel importante é desempenhado pelo fato de que os canais iônicos são seletivos. O diâmetro dos canais coincide com o diâmetro dos íons, de modo que os íons estão em contato próximo com as subunidades que revestem a superfície interna do canal.

Como resultado, os íons transferem a maior parte de sua energia para os modos vibracionais dessas subunidades: a energia dos íons é convertida na energia vibracional das subunidades que constituem os canais, que é a razão física do bombeamento.

O cumprimento de ambas as condições necessárias para a realização do efeito do laser significa que as interceptações de Ranvier são lasers acústicos (agora são chamados de "sasers"). Uma característica dos sasers em membranas neuronais é que o bombeamento é realizado por uma corrente iônica: As interceptações de Ranvier são sasers que geram oscilações acustoelétricas coerentes com uma frequência de ~ 5 * 10¹⁰ Hz.

Devido ao efeito do laser, a corrente iônica que passa pelas interceptações de Ranvier não excita apenas os modos vibracionais das moléculas que compõem essas interceptações (o que seria uma simples conversão da energia da corrente iônica em energia térmica): na interceptações de Ranvier, os modos oscilatórios são sincronizados, como resultado das quais oscilações coerentes da frequência ressonante são formadas.

As oscilações geradas nas interceptações de Ranvier na forma de ondas acústicas de frequência hipersônica se propagam nas bainhas de mielina, onde formam um "padrão de interferência" acústico (hipersônico), que serve como um transportador material do sistema de informação do cérebro

II. Sistema de informação do cérebro, como um computador quântico, os qubits dos quais são modos vibracionais acustoelétricos

Se a conclusão sobre a presença de oscilações acústicas coerentes de alta frequência no cérebro corresponde à realidade, então é muito provável que o sistema de informação do cérebro funcione com base nessas oscilações: um meio tão amplo deve certamente ser usado para gravar e reproduzir informações.

A presença de vibrações hipersônicas coerentes permite que o cérebro opere no modo de um computador quântico. Vamos considerar o mecanismo mais provável para a realização de um computador quântico "cérebro", no qual células elementares de informação (qubits) são criadas com base em modos oscilatórios hipersônicos.

Um qubit é uma combinação linear arbitrária de estados de base | Ψ₀> e | Ψ₁> com coeficientes α, β que satisfazem a condição de normalização α² + β² = 1. No caso de modos vibracionais, os estados de base podem diferir por qualquer um dos 4 parâmetros que caracterizam esses modos: amplitude, frequência, polarização, fase.

A amplitude e a frequência provavelmente não são usadas para criar um qubit, uma vez que em todas as áreas dos axônios esses 2 parâmetros são aproximadamente os mesmos.

A terceira e a quarta possibilidades permanecem: polarização e fase. Os qubits baseados na polarização e na fase das vibrações acústicas são completamente análogos aos qubits nos quais a polarização e a fase dos fótons são usadas (substituir fótons por fônons não é de importância fundamental).

É provável que a polarização e a fase sejam usadas juntas para formar qubits acústicos na rede de mielina do cérebro. Os valores dessas 2 quantidades determinam o tipo de elipse que o modo oscilatório forma em cada seção transversal da bainha de mielina do axônio: os estados básicos dos qubits acústicos de um computador quântico no cérebro são dados por polarização elíptica.

O número de axônios no cérebro corresponde ao número de neurônios: cerca de 10¹¹… Um axônio tem uma média de 30 segmentos de mielina e cada segmento pode funcionar como um qubit. Isso significa que o número de qubits no sistema de informação do cérebro pode chegar a 3 * 10¹².

A capacidade de informação de um dispositivo com tal número de qubits é equivalente a um computador convencional, cuja memória contém 2^{3 000 000 000 000}bits.

Este valor é 10 bilhões de ordens de magnitude maior do que o número de partículas no Universo (10⁸⁰) Essa grande capacidade de informação do computador quântico do cérebro permite que você registre uma quantidade arbitrariamente grande de informações e resolva quaisquer problemas.

Para registrar informações, você não precisa criar um dispositivo de gravação especial: as informações podem ser armazenadas no mesmo meio com o qual as informações são processadas (em estados quânticos de qubits).

Cada imagem e até mesmo cada "sombra" de uma imagem (levando em consideração todas as interconexões de uma determinada imagem com outras imagens) pode ser associada a um ponto no espaço de Hilbert, refletindo um conjunto de estados de qubits de um computador quântico no cérebro. Quando um conjunto de qubits está no mesmo ponto no espaço de Hilbert, essa imagem "pisca" na consciência e é reproduzida.

O emaranhamento de qubits acústicos em um computador quântico no cérebro pode ser realizado de duas maneiras.

A primeira forma: devido à presença de contato próximo entre as partes da rede de mielina do cérebro e à transferência de emaranhamento por meio desses contatos.

A segunda forma: o emaranhamento pode surgir como resultado de múltiplas repetições do mesmo conjunto de modos vibracionais: a correlação entre esses modos torna-se um único estado quântico, entre os elementos dos quais uma conexão não local é estabelecida (provavelmente, com a ajuda do NR¹- linhas retas [1]). A presença de uma conexão não local permite que a rede de informações do cérebro execute cálculos consistentes usando "paralelismo quântico".

É essa propriedade que dá ao computador quântico do cérebro um poder computacional extremamente alto.

Para que o computador quântico do cérebro funcione de forma eficaz, não há necessidade de usar todos os 3 * 10¹² qubits potenciais. A operação de um computador quântico será eficiente mesmo se o número de qubits for cerca de mil (10³) Este número de qubits pode ser formado em um feixe de axônios, composto por apenas 30 axônios (cada nervo pode ser um "mini" computador quântico). Assim, um computador quântico pode ocupar uma pequena fração do cérebro e muitos computadores quânticos podem existir no cérebro.

A principal objeção ao mecanismo proposto do sistema de informação do cérebro é a grande atenuação das ondas hipersônicas. Esse obstáculo pode ser superado pelo efeito "iluminação".

A intensidade dos modos vibracionais gerados pode ser suficiente para a propagação no modo de transparência auto-induzida (vibrações térmicas, que poderiam destruir a coerência do modo vibracional, tornam-se elas próprias parte deste modo vibracional).

III. Um computador quântico construído com base nos mesmos princípios físicos do cérebro humano

Se o sistema de informação do cérebro realmente funciona como um computador quântico, cujos qubits são modos acustoelétricos, então é bem possível criar um computador que funcione com os mesmos princípios.

Nos próximos 5-6 meses, o autor pretende registrar um pedido de patente para um computador quântico que simula o sistema de informação do cérebro.

Após 5-6 anos, podemos esperar o aparecimento das primeiras amostras de inteligência artificial, trabalhando à imagem e semelhança do cérebro humano.

Os computadores quânticos usam as leis mais gerais da mecânica quântica. A natureza "não inventou" mais nenhuma lei geral, portanto, é bastante natural que a consciência funciona segundo o princípio de um computador quântico, usando as possibilidades máximas de processamento e registro de informações fornecidas pela natureza.

É aconselhável conduzir um experimento direto para detectar oscilações acustoelétricas coerentes na rede de mielina do cérebro. Para fazer isso, deve-se irradiar partes da rede de mielina do cérebro com um feixe de laser e tentar detectar a modulação com uma frequência de cerca de 5 * 10 na luz transmitida ou refletida.¹⁰ Hz.

Um experimento semelhante pode ser realizado em um modelo físico de um axônio, ou seja, uma membrana criada artificialmente com canais iônicos integrados. Este experimento será o primeiro passo para a criação de um computador quântico, o trabalho do qual será realizado nos mesmos princípios físicos que o trabalho do cérebro.

A criação de computadores quânticos que funcionam como um cérebro (e melhor que um cérebro) elevará o suporte de informação da civilização a um nível qualitativamente novo.

Conclusão

O autor tenta chamar a atenção da comunidade científica para o trabalho de um quarto de século atrás [2], que pode ser importante para a compreensão do mecanismo do sistema de informação do cérebro e para a identificação da natureza da consciência. A essência do trabalho é provar que seções individuais de membranas neuronais (interceptações de Ranvier) servem como fontes de oscilações acustoelétricas coerentes.

A novidade fundamental deste trabalho está na descrição do mecanismo pelo qual as oscilações geradas nas interceptações de Ranvier são utilizadas para o funcionamento do sistema de informação do cérebro como portador de memória e consciência.

A hipótese é fundamentada de que o sistema de informação do cérebro funciona como um computador quântico, no qual a função dos qubits é realizada por modos oscilatórios acustoelétricos nas membranas dos neurônios. A principal tarefa do trabalho é fundamentar a tese de que o cérebro é um computador quântico cujos qubits são oscilações coerentes de membranas neuronais.

Junto com a polarização e a fase, outro parâmetro das ondas hipersônicas nas membranas neuronais que pode ser usado para formar qubits é a torção (isto é 5^{e eu} característica das ondas, refletindo a presença de momento angular orbital).

A criação de ondas em redemoinho não apresenta nenhuma dificuldade particular: para isso, estruturas espirais ou defeitos devem estar presentes na fronteira das interceptações de Ranvier e regiões de mielina. Provavelmente, tais estruturas e defeitos existem (e as próprias bainhas de mielina são em espiral).

De acordo com o modelo proposto, o principal transportador de informações no cérebro é a substância branca do cérebro (bainhas de mielina), e não a substância cinzenta, como se acredita atualmente. As bainhas de mielina servem não apenas para aumentar a velocidade de propagação dos potenciais de ação, mas também como o principal transportador da memória e da consciência: a maior parte das informações é processada no branco, e não na substância cinzenta do cérebro.

No quadro do modelo proposto de sistema de informação do cérebro, o problema psicofísico colocado por Descartes encontra uma solução: “Como se relacionam corpo e espírito na pessoa?”, Ou seja, qual é a relação entre matéria e consciência?

A resposta é a seguinte: o espírito existe no espaço de Hilbert, mas é criado por qubits quânticos formados por partículas materiais que existem no espaço-tempo.

A tecnologia moderna é capaz de reproduzir a estrutura da rede axonal do cérebro e verificar se as vibrações hipersônicas são realmente geradas nesta rede, e então criar um computador quântico no qual essas vibrações serão utilizadas como qubits.

Com o tempo, a inteligência artificial baseada em um computador quântico acustoelétrico será capaz de exceder as características qualitativas da consciência humana. Isso possibilitará dar um passo fundamentalmente novo na evolução humana, e esse passo será dado pela consciência da própria pessoa.

Chegou a hora de começar a implementar a declaração final de trabalho [2]: "No futuro, será possível criar um neurocomputador que funcionará com os mesmos princípios físicos do cérebro humano.".

conclusões

1. Nas membranas dos neurônios, há oscilações acustoelétricas coerentes: essas oscilações são geradas de acordo com o efeito do laser acústico nas interceptações de Ranvier e se propagam nas bainhas de mielina

2. Oscilações acustoelétricas coerentes nas bainhas de mielina dos neurônios desempenham a função de qubits, com base na qual o sistema de informação do cérebro funciona segundo o princípio de um computador quântico

3. Nos próximos anos, será possível criar a inteligência artificial, que é um computador quântico operando nos mesmos princípios físicos sobre os quais funciona o sistema de informação do cérebro

LITERATURA

1. V. A. Shashlov, New model of the Universe (I) // "Academy of Trinitarianism", M., El No. 77-6567, publ. 24950, 20.11.2018