Qubit neurali o come funziona il computer quantistico del cervello

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

Sono indicati i processi fisici che si verificano nelle membrane dei neuroni nell'intervallo ipersonico. È dimostrato che questi processi possono servire come base per la formazione di elementi chiave (qubit) di un computer quantistico, che è il sistema informativo del cervello. Si propone di creare un computer quantistico basato sugli stessi principi fisici su cui funziona il cervello.

Il materiale è presentato come un'ipotesi.

Introduzione. Formulazione del problema

Questo lavoro ha lo scopo di rivelare il contenuto della conclusione finale (n. 12) del lavoro precedente [1]: “Il cervello funziona come un computer quantistico, in cui la funzione dei qubit è svolta da oscillazioni acustoelettriche coerenti di sezioni delle guaine mieliniche dei neuroni, e la connessione tra queste sezioni è effettuata grazie all'interazione non locale attraverso il NR¹-diretto".

L'idea fondamentale che sta alla base di questa conclusione è stata pubblicata un quarto di secolo fa sulla rivista "Radiofizika" [2]. L'essenza dell'idea era che in sezioni separate di neutroni, vale a dire, nelle intercettazioni di Ranvier, vengono generate oscillazioni acustoelettriche coerenti con una frequenza di ~ 5 * 10¹⁰Hz e queste fluttuazioni fungono da principale vettore di informazioni nel sistema informativo del cervello.

Questo documento mostra che i modi oscillatori acustoelettrici nelle membrane dei neuroni sono in grado di svolgere la funzione dei qubit, sulla base dei quali è costruito il lavoro del sistema di informazione del cervello, come un computer quantistico.

Obbiettivo

Questo lavoro ha 3 obiettivi:

1) richiamare l'attenzione sul lavoro [2], in cui è stato dimostrato 25 anni fa che oscillazioni ipersoniche coerenti possono essere generate nelle membrane dei neuroni, 2) descrivere un nuovo modello del sistema informativo cerebrale, che si basa sulla presenza di oscillazioni ipersoniche coerenti nelle membrane dei neuroni, 3) proporre un nuovo tipo di computer quantistico, il cui lavoro simulerà al massimo il lavoro del sistema informativo del cervello.

Il contenuto dell'opera

La prima sezione descrive il meccanismo fisico di generazione nelle membrane dei neuroni di oscillazioni acustoelettriche coerenti con una frequenza dell'ordine di 5 * 10¹⁰Hz.

La seconda sezione descrive i principi del sistema informativo cerebrale basato su oscillazioni coerenti generate nelle membrane dei neuroni.

Nella terza sezione, si propone di creare un computer quantistico che simuli il sistema informativo del cervello.

I. La natura delle oscillazioni coerenti nelle membrane dei neuroni

La struttura di un neurone è descritta in qualsiasi monografia sulle neuroscienze. Ogni neurone contiene un corpo principale, molti processi (dendriti), attraverso i quali riceve segnali da altre cellule, e un lungo processo (assone), attraverso il quale esso stesso emette impulsi elettrici (potenziali d'azione).

In futuro, prenderemo in considerazione esclusivamente gli assoni. Ogni assone contiene aree di 2 tipi che si alternano tra loro:

1. Le intercettazioni di Ranvier, 2. guaine mieliniche.

Ogni intercettazione di Ranvier è racchiusa tra due segmenti mielinizzati. La lunghezza dell'intercettazione di Ranvier è 3 ordini di grandezza inferiore alla lunghezza del segmento mielinico: la lunghezza dell'intercettazione di Ranvier è 10^-4cm (un micron) e la lunghezza del segmento mielinico è 10^-1cm (un millimetro).

Le intercettazioni di Ranvier sono i siti in cui sono incorporati i canali ionici. Attraverso questi canali, gli ioni Na⁺ e K⁺ penetrare dentro e fuori l'assone, con conseguente formazione di potenziali d'azione. Attualmente si ritiene che la formazione di potenziali d'azione sia l'unica funzione delle intercettazioni di Ranvier.

Tuttavia, nel lavoro [2] è stato dimostrato che le intercettazioni di Ranvier sono in grado di svolgere una funzione più importante: nelle intercettazioni di Ranvier si generano oscillazioni acustoelettriche coerenti.

La generazione di oscillazioni acustoelettriche coerenti viene effettuata grazie all'effetto laser acustoelettrico, che si realizza nelle intercettazioni di Ranvier, poiché sono soddisfatte entrambe le condizioni necessarie per l'implementazione di questo effetto:

1) la presenza di pompaggio, per mezzo del quale vengono eccitati i modi vibrazionali, 2) la presenza di un risonatore attraverso il quale viene effettuata la retroazione.

1) Il pompaggio è fornito da correnti ioniche Na⁺ e K⁺che scorre attraverso le intercettazioni di Ranvier. A causa dell'elevata densità dei canali (10¹² centimetro^-2) e la loro elevata produttività (10⁷ ione/sec), la densità della corrente ionica attraverso le intercettazioni di Ranvier è estremamente elevata. Gli ioni che passano attraverso il canale eccitano i modi vibrazionali delle subunità che formano la superficie interna del canale e, a causa dell'effetto laser, questi modi sono sincronizzati, formando oscillazioni ipersoniche coerenti.

2) La funzione di un risonatore, creando un feedback distribuito, è svolta da una struttura periodica, presente nelle guaine mieliniche, tra le quali sono racchiuse le intercettazioni di Ranvier. La struttura periodica è creata da strati di membrane con uno spessore di d ~ 10^-6 centimetro.

Questo periodo corrisponde a una lunghezza d'onda di risonanza λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 cm e frequenza ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Hz, ~ 10⁵ cm / sec - velocità delle onde ipersoniche.

Un ruolo importante è giocato dal fatto che i canali ionici sono selettivi. Il diametro dei canali coincide con il diametro degli ioni, quindi gli ioni sono in stretto contatto con le subunità che rivestono la superficie interna del canale.

Di conseguenza, gli ioni trasferiscono la maggior parte della loro energia ai modi vibrazionali di queste subunità: l'energia degli ioni viene convertita nell'energia vibrazionale delle subunità costituenti i canali, che è la ragione fisica del pompaggio.

Il soddisfacimento di entrambe le condizioni necessarie per la realizzazione dell'effetto laser significa che le intercettazioni di Ranvier sono laser acustici (ora sono chiamati "saser"). Una caratteristica dei saser nelle membrane neuronali è che il pompaggio viene effettuato da una corrente ionica: Le intercettazioni di Ranvier sono saser che generano oscillazioni acustoelettriche coerenti con una frequenza di ~ 5 * 10¹⁰ Hz.

Per effetto laser, la corrente ionica che passa attraverso le intercettazioni di Ranvier non solo eccita i modi vibrazionali delle molecole che compongono queste intercettazioni (che sarebbe una semplice conversione dell'energia della corrente ionica in energia termica): nel intercettazioni di Ranvier, i modi oscillatori sono sincronizzati, a seguito dei quali si formano oscillazioni coerenti della frequenza di risonanza.

Le oscillazioni generate nelle intercettazioni di Ranvier sotto forma di onde acustiche di frequenza ipersonica si propagano nelle guaine mieliniche, dove formano un "modello di interferenza" acustico (ipersonico), che funge da vettore materiale del sistema informativo del cervello

II. Sistema di informazione del cervello, come un computer quantistico, i cui qubit sono modi vibrazionali acustoelettrici

Se la conclusione sulla presenza di oscillazioni acustiche coerenti ad alta frequenza nel cervello corrisponde alla realtà, allora è molto probabile che il sistema informativo del cervello funzioni sulla base di queste oscillazioni: un mezzo così capiente deve certamente essere utilizzato per registrare e riprodurre le informazioni.

La presenza di vibrazioni ipersoniche coerenti consente al cervello di funzionare come un computer quantistico. Consideriamo il meccanismo più probabile per realizzare un computer quantistico "cervello", in cui vengono create celle elementari di informazione (qubit) sulla base di modalità oscillatorie ipersoniche.

Un qubit è una combinazione lineare arbitraria di stati base | Ψ₀> e |₁> con coefficienti α, β che soddisfano la condizione di normalizzazione α² +² = 1. Nel caso dei modi vibrazionali, gli stati base possono differire per uno qualsiasi dei 4 parametri che caratterizzano questi modi: ampiezza, frequenza, polarizzazione, fase.

L'ampiezza e la frequenza probabilmente non vengono utilizzate per creare un qubit, poiché in tutte le aree degli assoni questi 2 parametri sono approssimativamente gli stessi.

Rimangono la terza e la quarta possibilità: polarizzazione e fase. I qubit basati sulla polarizzazione e sulla fase delle vibrazioni acustiche sono del tutto analoghi ai qubit in cui si utilizzano la polarizzazione e la fase dei fotoni (la sostituzione dei fotoni con dei fononi non è di fondamentale importanza).

È probabile che polarizzazione e fase vengano utilizzate insieme per formare qubit acustici nella rete mielinica del cervello. I valori di queste 2 quantità determinano il tipo di ellisse che il modo oscillatorio forma in ciascuna sezione trasversale della guaina mielinica dell'assone: gli stati di base dei qubit acustici di un computer quantistico nel cervello sono dati dalla polarizzazione ellittica.

Il numero di assoni nel cervello corrisponde al numero di neuroni: circa 10¹¹… Un assone ha una media di 30 segmenti di mielina e ogni segmento può funzionare come un qubit. Ciò significa che il numero di qubit nel sistema informativo del cervello può raggiungere 3 * 10¹².

La capacità informativa di un dispositivo con un tale numero di qubit è equivalente a un computer convenzionale, la cui memoria contiene 2^{3 000 000 000 000}bit.

Questo valore è di 10 miliardi di ordini di grandezza maggiore del numero di particelle nell'Universo (10⁸⁰). Una così grande capacità di informazione del computer quantistico del cervello consente di registrare una quantità arbitrariamente grande di informazioni e risolvere eventuali problemi.

Per registrare le informazioni, non è necessario creare uno speciale dispositivo di registrazione: le informazioni possono essere archiviate sullo stesso supporto con cui vengono elaborate le informazioni (negli stati quantistici dei qubit).

Ogni immagine e persino ogni "ombra" di un'immagine (tenendo conto di tutte le interconnessioni di una data immagine con altre immagini) può essere associata a un punto nello spazio di Hilbert, che riflette un insieme di stati di qubit di un computer quantistico nel cervello. Quando un insieme di qubit si trova nello stesso punto nello spazio di Hilbert, questa immagine "lampeggia" nella coscienza e viene riprodotta.

L'entanglement di qubit acustici in un computer quantistico nel cervello può essere realizzato in due modi.

Il primo modo: a causa della presenza di uno stretto contatto tra le parti della rete mielinica del cervello e del trasferimento dell'entanglement attraverso questi contatti.

Il secondo modo: l'entanglement può apparire come risultato di ripetizioni multiple dello stesso insieme di modi vibrazionali: la correlazione tra questi modi diventa un unico stato quantistico, tra i cui elementi si stabilisce una connessione non locale (probabilmente, con l'aiuto del NR¹- linee rette [1]). La presenza di una connessione non locale consente alla rete di informazioni del cervello di eseguire calcoli coerenti utilizzando il "parallelismo quantistico".

È questa proprietà che conferisce al computer quantistico del cervello una potenza computazionale estremamente elevata.

Affinché il computer quantistico del cervello funzioni in modo efficace, non è necessario utilizzare tutti i 3 * 10¹² potenziali qubit. Il funzionamento di un computer quantistico sarà efficiente anche se il numero di qubit è di circa mille (10³). Questo numero di qubit può essere formato in un fascio di assoni, composto da soli 30 assoni (ogni nervo può essere un "mini" computer quantistico). Pertanto, un computer quantistico può occupare una piccola frazione del cervello e nel cervello possono esistere molti computer quantistici.

L'obiezione principale al meccanismo proposto del sistema informativo cerebrale è la grande attenuazione delle onde ipersoniche. Questo ostacolo può essere superato con l'effetto "illuminazione".

L'intensità dei modi vibrazionali generati può essere sufficiente per la propagazione nella modalità della trasparenza autoindotta (le vibrazioni termiche, che potrebbero distruggere la coerenza della modalità vibrazionale, diventano esse stesse parte di questa modalità vibrazionale).

III. Un computer quantistico costruito sugli stessi principi fisici del cervello umano

Se il sistema di informazione del cervello funziona davvero come un computer quantistico, i cui qubit sono modalità acustoelettriche, allora è del tutto possibile creare un computer che funzionerà sugli stessi principi.

Nei prossimi 5-6 mesi, l'autore intende depositare una domanda di brevetto per un computer quantistico che simula il sistema informativo del cervello.

Dopo 5-6 anni, possiamo aspettarci la comparsa dei primi campioni di intelligenza artificiale, lavorando a immagine e somiglianza del cervello umano.

I computer quantistici utilizzano le leggi più generali della meccanica quantistica. La natura "non ha inventato" leggi più generali, quindi è del tutto naturale che la coscienza funziona secondo il principio di un computer quantistico, utilizzando le massime possibilità di elaborazione e registrazione delle informazioni fornite dalla natura.

È consigliabile condurre un esperimento diretto per rilevare oscillazioni acustoelettriche coerenti nella rete mielinica del cervello. Per fare ciò, si dovrebbero irradiare parti della rete mielinica del cervello con un raggio laser e provare a rilevare la modulazione con una frequenza di circa 5 * 10 in luce trasmessa o riflessa.¹⁰ Hz.

Un esperimento simile può essere effettuato su un modello fisico di un assone, ad es. una membrana creata artificialmente con canali ionici incorporati. Questo esperimento sarà il primo passo verso la creazione di un computer quantistico, il cui lavoro sarà svolto sugli stessi principi fisici del lavoro del cervello.

La creazione di computer quantistici che funzionano come un cervello (e meglio di un cervello) aumenterà il supporto informativo della civiltà a un livello qualitativamente nuovo.

Conclusione

L'autore cerca di attirare l'attenzione della comunità scientifica sul lavoro di un quarto di secolo fa [2], che può essere importante per comprendere il meccanismo del sistema informativo cerebrale e identificare la natura della coscienza. L'essenza del lavoro è dimostrare che singole sezioni di membrane neuronali (intercettazioni di Ranvier) fungono da fonti di oscillazioni acustoelettriche coerenti.

La novità fondamentale di questo lavoro risiede nella descrizione del meccanismo mediante il quale le oscillazioni generate nelle intercettazioni di Ranvier vengono utilizzate per il funzionamento del sistema informativo del cervello come portatore di memoria e coscienza.

L'ipotesi è corroborata dal fatto che il sistema informativo del cervello funzioni come un computer quantistico, in cui la funzione dei qubit è svolta da modalità acustoelettriche oscillatorie nelle membrane dei neuroni. Il compito principale del lavoro è quello di corroborare la tesi che il cervello è un computer quantistico i cui qubit sono oscillazioni coerenti delle membrane neuronali.

Insieme alla polarizzazione e alla fase, un altro parametro delle onde ipersoniche nelle membrane neuronali che può essere utilizzato per formare i qubit è il twist (questo è 5^{e io} caratteristica delle onde, che riflette la presenza di momento angolare orbitale).

La creazione di onde vorticose non pone particolari difficoltà: per questo devono essere presenti strutture o difetti a spirale al confine delle intercettazioni di Ranvier e delle regioni mieliniche. Probabilmente tali strutture e difetti esistono (e le stesse guaine mieliniche sono a spirale).

Secondo il modello proposto, il principale vettore di informazioni nel cervello è la materia bianca del cervello (guaine mieliniche) e non la materia grigia, come si crede attualmente. Le guaine mieliniche servono non solo ad aumentare la velocità di propagazione dei potenziali d'azione, ma anche il principale vettore di memoria e coscienza: la maggior parte delle informazioni viene elaborata nel bianco, e non nella materia grigia del cervello.

Nell'ambito del modello proposto del sistema informativo del cervello, trova una soluzione il problema psicofisico posto da Cartesio: “Come si relazionano corpo e spirito in una persona?”, In altre parole, qual è il rapporto tra materia e coscienza?

La risposta è la seguente: lo spirito esiste nello spazio di Hilbert, ma è creato da qubit quantistici formati da particelle materiali che esistono nello spazio-tempo.

La moderna tecnologia è in grado di riprodurre la struttura della rete assonale del cervello e verificare se le vibrazioni ipersoniche vengono effettivamente generate in questa rete, per poi creare un computer quantistico in cui queste vibrazioni verranno utilizzate come qubit.

Nel tempo, l'intelligenza artificiale basata su un computer quantistico acustoelettrico sarà in grado di superare le caratteristiche qualitative della coscienza umana. Ciò consentirà di compiere un passo fondamentalmente nuovo nell'evoluzione umana, e questo passo sarà compiuto dalla coscienza della persona stessa.

È giunto il momento di avviare l'attuazione del rendiconto finale dei lavori [2]: "In futuro, è possibile creare un neurocomputer che opererà sugli stessi principi fisici del cervello umano"..

conclusioni

1. Nelle membrane dei neuroni sono presenti oscillazioni acustoelettriche coerenti: queste oscillazioni sono generate in accordo con l'effetto laser acustico nelle intercettazioni di Ranvier e si propagano nelle guaine mieliniche

2. Oscillazioni acustoelettriche coerenti nelle guaine mieliniche dei neuroni svolgono la funzione di qubit, sulla base dei quali il sistema di informazione del cervello funziona secondo il principio di un computer quantistico

3. Nei prossimi anni sarà possibile creare l'intelligenza artificiale, che è un computer quantistico che opera sugli stessi principi fisici su cui funziona il sistema informativo del cervello

LETTERATURA

1. V. A. Shashlov, Nuovo modello dell'universo (I) // "Accademia del trinitarismo", M., El No. 77-6567, publ. 24950, 20.11.2018