Qubits neuronales o como funciona la computadora cuántica del cerebro

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

Se indican los procesos físicos que ocurren en las membranas de las neuronas en el rango hipersónico. Se muestra que estos procesos pueden servir como base para la formación de elementos clave (qubits) de una computadora cuántica, que es el sistema de información del cerebro. Se propone crear una computadora cuántica basada en los mismos principios físicos sobre los que trabaja el cerebro.

El material se presenta como hipótesis.

Introducción. Formulación del problema

Este trabajo tiene como objetivo revelar el contenido de la conclusión final (No. 12) del trabajo anterior [1]: “El cerebro funciona como una computadora cuántica, en la que la función de los qubits se realiza mediante oscilaciones acústicoeléctricas coherentes de secciones de las vainas de mielina de las neuronas, y la conexión entre estas secciones se realiza debido a la interacción no local a través de la NR¹-directo ".

La idea fundamental que subyace a esta conclusión fue publicada hace un cuarto de siglo en la revista "Radiofizika" [2]. La esencia de la idea era que en secciones separadas de neutrones, es decir, en las intercepciones de Ranvier, se generan oscilaciones acústicoeléctricas coherentes con una frecuencia de ~ 5 * 10¹⁰Hz, y estas fluctuaciones sirven como el principal portador de información en el sistema de información del cerebro.

Este documento muestra que Los modos oscilatorios acústicos eléctricos en las membranas de las neuronas son capaces de realizar la función de qubits, sobre cuya base se construye el trabajo del sistema de información del cerebro, como una computadora cuántica..

Objetivo

Este trabajo tiene 3 objetivos:

1) llamar la atención sobre el trabajo [2], en el que se demostró hace 25 años que se pueden generar oscilaciones hipersónicas coherentes en las membranas de las neuronas, 2) describir un nuevo modelo del sistema de información cerebral, que se basa en la presencia de oscilaciones hipersónicas coherentes en las membranas de las neuronas, 3) proponer un nuevo tipo de computadora cuántica, cuyo trabajo simulará al máximo el trabajo del sistema de información del cerebro.

El contenido de la obra

La primera sección describe el mecanismo físico de generación en las membranas de las neuronas de oscilaciones acústicoeléctricas coherentes con una frecuencia del orden de 5 * 10¹⁰Hz.

La segunda sección describe los principios del sistema de información cerebral basado en oscilaciones coherentes generadas en las membranas de las neuronas.

En la tercera sección, se propone crear una computadora cuántica que simule el sistema de información del cerebro.

I. La naturaleza de las oscilaciones coherentes en las membranas de las neuronas

La estructura de una neurona se describe en cualquier monografía sobre neurociencias. Cada neurona contiene un cuerpo principal, muchos procesos (dendritas), a través de los cuales recibe señales de otras células, y un proceso largo (axón), a través del cual ella misma emite impulsos eléctricos (potenciales de acción).

En el futuro, consideraremos exclusivamente axones. Cada axón contiene áreas de 2 tipos que se alternan entre sí:

1. Las intercepciones de Ranvier, 2. vainas de mielina.

Cada intercepción de Ranvier está encerrada entre dos segmentos mielinizados. La longitud de la intercepción de Ranvier es 3 órdenes de magnitud menor que la longitud del segmento de mielina: la longitud de la intercepción de Ranvier es 10^-4cm (una micra), y la longitud del segmento de mielina es 10^-1cm (un milímetro).

Las intercepciones de Ranvier son los sitios en los que están incrustados los canales iónicos. A través de estos canales, los iones Na⁺ y K⁺ penetrar dentro y fuera del axón, lo que resulta en la formación de potenciales de acción. Actualmente se cree que la formación de potenciales de acción es la única función de las intercepciones de Ranvier.

Sin embargo, en el trabajo [2] se demostró que las intercepciones de Ranvier son capaces de realizar una función más importante: en las intercepciones de Ranvier, se generan oscilaciones acústicoeléctricas coherentes.

La generación de oscilaciones acústicoeléctricas coherentes se realiza debido al efecto láser acústico eléctrico, el cual se realiza en las intercepciones de Ranvier, ya que se cumplen las dos condiciones necesarias para la implementación de este efecto:

1) la presencia de bombeo, mediante el cual se excitan los modos vibratorios, 2) la presencia de un resonador a través del cual se realiza la retroalimentación.

1) El bombeo es proporcionado por corrientes de iones Na⁺ y K⁺fluyendo a través de las intercepciones de Ranvier. Debido a la alta densidad de los canales (10¹² cm^-2) y su alto rendimiento (10⁷ ion / seg), la densidad de la corriente de iones a través de las intercepciones de Ranvier es extremadamente alta. Los iones que pasan por el canal excitan los modos vibracionales de las subunidades que forman la superficie interna del canal, y debido al efecto láser, estos modos se sincronizan, formando oscilaciones hipersónicas coherentes.

2) La función de un resonador, creando una retroalimentación distribuida, es realizada por una estructura periódica, que está presente en las vainas de mielina, entre las cuales se encierran las intercepciones de Ranvier. La estructura periódica se crea mediante capas de membranas con un espesor de d ~ 10^-6 cm.

Este período corresponde a una longitud de onda resonante λ ~ 2d ~ 2 * 10^-6 cm y frecuencia ν ~ υ / λ ~ 5 * 10¹⁰ Hz, υ ~ 10⁵ cm / seg - velocidad de las ondas hipersónicas.

El hecho de que los canales iónicos sean selectivos juega un papel importante. El diámetro de los canales coincide con el diámetro de los iones, por lo que los iones están en estrecho contacto con las subunidades que recubren la superficie interior del canal.

Como resultado, los iones transfieren la mayor parte de su energía a los modos vibratorios de estas subunidades: la energía de los iones se convierte en energía vibratoria de las subunidades que constituyen los canales, que es la razón física del bombeo.

El cumplimiento de ambas condiciones necesarias para la realización del efecto láser hace que las intercepciones de Ranvier sean láseres acústicos (ahora se denominan "sasers"). Una característica de los sasers en las membranas neuronales es que el bombeo se realiza mediante una corriente iónica: Las intercepciones de Ranvier son sasers que generan oscilaciones acústicas eléctricas coherentes con una frecuencia de ~ 5 * 10¹⁰ Hz.

Debido al efecto láser, la corriente iónica que pasa por las intercepciones de Ranvier no solo excita los modos vibracionales de las moléculas que componen estas intercepciones (que sería una simple conversión de la energía de la corriente iónica en energía térmica): en el intercepciones de Ranvier, los modos oscilatorios están sincronizados, como resultado de lo cual se forman oscilaciones coherentes de la frecuencia resonante.

Las oscilaciones generadas en las intercepciones de Ranvier en forma de ondas acústicas de frecuencia hipersónica se propagan a las vainas de mielina, donde forman un "patrón de interferencia" acústico (hipersónico), que sirve como portador material del sistema de información del cerebro

II. Sistema de información del cerebro, como una computadora cuántica, cuyos qubits son modos vibratorios acústicos eléctricos

Si la conclusión sobre la presencia de oscilaciones acústicas coherentes de alta frecuencia en el cerebro corresponde a la realidad, entonces es muy probable que el sistema de información del cerebro funcione sobre la base de estas oscilaciones: un medio tan espacioso ciertamente debe usarse para grabar y reproducir información.

La presencia de vibraciones hipersónicas coherentes permite que el cerebro funcione en el modo de una computadora cuántica. Consideremos el mecanismo más probable para realizar una computadora cuántica "cerebral", en la que se crean células elementales de información (qubits) sobre la base de modos oscilatorios hipersónicos.

Un qubit es una combinación lineal arbitraria de estados base | Ψ₀> y | Ψ₁> con coeficientes α, β que satisfacen la condición de normalización α² + β² = 1. En el caso de los modos vibracionales, los estados base pueden diferir en cualquiera de los 4 parámetros que caracterizan estos modos: amplitud, frecuencia, polarización, fase.

La amplitud y la frecuencia probablemente no se utilizan para crear un qubit, ya que en todas las áreas de los axones estos 2 parámetros son aproximadamente los mismos.

Quedan las posibilidades tercera y cuarta: polarización y fase. Los qubits basados en la polarización y la fase de vibraciones acústicas son completamente análogos a los qubits en los que se utilizan la polarización y la fase de los fotones (la sustitución de fotones por fonones no tiene una importancia fundamental).

Es probable que la polarización y la fase se usen juntas para formar qubits acústicos en la red de mielina del cerebro. Los valores de estas 2 cantidades determinan el tipo de elipse que forma el modo oscilatorio en cada sección transversal de la vaina de mielina del axón: los estados básicos de los qubits acústicos de una computadora cuántica en el cerebro están dados por polarización elíptica.

La cantidad de axones en el cerebro coincide con la cantidad de neuronas: alrededor de 10¹¹… Un axón tiene un promedio de 30 segmentos de mielina y cada segmento puede funcionar como un qubit. Esto significa que el número de qubits en el sistema de información del cerebro puede llegar a 3 * 10¹².

La capacidad de información de un dispositivo con tal número de qubits es equivalente a una computadora convencional, cuya memoria contiene 2^{3 000 000 000 000}bits.

Este valor es 10 mil millones de órdenes de magnitud mayor que el número de partículas en el Universo (10⁸⁰). Una capacidad de información tan grande de la computadora cuántica del cerebro le permite registrar una cantidad arbitrariamente grande de información y resolver cualquier problema.

Para registrar información, no es necesario crear un dispositivo de grabación especial: la información se puede almacenar en el mismo medio con el que se procesa la información (en estados cuánticos de qubits).

Cada imagen e incluso cada "tono" de una imagen (teniendo en cuenta todas las interconexiones de una imagen dada con otras imágenes) se puede asociar con un punto en el espacio de Hilbert, reflejando un conjunto de estados de qubits de una computadora cuántica en el cerebro.. Cuando un conjunto de qubits está en el mismo punto en el espacio de Hilbert, esta imagen "parpadea" en la conciencia y se reproduce.

El entrelazamiento de qubits acústicos en una computadora cuántica en el cerebro se puede lograr de dos maneras.

La primera forma: debido a la presencia de un contacto cercano entre las partes de la red de mielina del cerebro y la transferencia de entrelazamiento a través de estos contactos.

La segunda forma: el entrelazamiento puede aparecer como resultado de múltiples repeticiones del mismo conjunto de modos vibracionales: la correlación entre estos modos se convierte en un solo estado cuántico, entre los elementos de los cuales se establece una conexión no local (probablemente, con la ayuda del NR¹- líneas rectas [1]). La presencia de una conexión no local permite que la red de información del cerebro realice cálculos consistentes utilizando "paralelismo cuántico".

Es esta propiedad la que le da a la computadora cuántica del cerebro un poder computacional extremadamente alto.

Para que la computadora cuántica del cerebro funcione de manera eficaz, no es necesario utilizar los 3 * 10¹² qubits potenciales. El funcionamiento de una computadora cuántica será eficiente incluso si el número de qubits es de aproximadamente mil (10³). Este número de qubits se puede formar en un haz de axones, compuesto por solo 30 axones (cada nervio puede ser una "mini" computadora cuántica). Por lo tanto, una computadora cuántica puede ocupar una pequeña fracción del cerebro, y pueden existir muchas computadoras cuánticas en el cerebro.

La principal objeción al mecanismo propuesto del sistema de información cerebral es la gran atenuación de las ondas hipersónicas. Este obstáculo puede superarse mediante el efecto de "iluminación".

La intensidad de los modos vibracionales generados puede ser suficiente para la propagación en el modo de transparencia autoinducida (las vibraciones térmicas, que podrían destruir la coherencia del modo vibracional, se vuelven parte de este modo vibratorio).

III. Una computadora cuántica construida sobre los mismos principios físicos que el cerebro humano

Si el sistema de información del cerebro realmente funciona como una computadora cuántica, cuyos qubits son modos acústicos eléctricos, entonces es muy posible crear una computadora que funcione con los mismos principios.

En los próximos 5-6 meses, el autor tiene la intención de presentar una solicitud de patente para una computadora cuántica que simula el sistema de información del cerebro.

Después de 5-6 años, podemos esperar la aparición de las primeras muestras de inteligencia artificial, trabajando a imagen y semejanza del cerebro humano.

Las computadoras cuánticas utilizan las leyes más generales de la mecánica cuántica. La naturaleza "no inventó" ninguna ley más general, por lo que es bastante natural que La conciencia funciona según el principio de una computadora cuántica, utilizando las máximas posibilidades de procesar y registrar la información proporcionada por la naturaleza..

Es aconsejable realizar un experimento directo para detectar oscilaciones acústicoeléctricas coherentes en la red de mielina del cerebro. Para hacer esto, se deben irradiar partes de la red de mielina del cerebro con un rayo láser e intentar detectar la modulación con una frecuencia de aproximadamente 5 * 10 en la luz transmitida o reflejada.¹⁰ Hz.

Se puede realizar un experimento similar en un modelo físico de un axón, es decir, una membrana creada artificialmente con canales de iones incorporados. Este experimento será el primer paso hacia la creación de una computadora cuántica, cuyo trabajo se llevará a cabo con los mismos principios físicos que el trabajo del cerebro.

La creación de computadoras cuánticas que funcionan como un cerebro (y mejor que un cerebro) elevará el soporte de información de la civilización a un nivel cualitativamente nuevo.

Conclusión

El autor intenta llamar la atención de la comunidad científica sobre el trabajo de hace un cuarto de siglo [2], que puede ser importante para comprender el mecanismo del sistema de información cerebral e identificar la naturaleza de la conciencia. La esencia del trabajo es demostrar que las secciones individuales de las membranas neuronales (intercepciones de Ranvier) sirven como fuentes de oscilaciones acústicas eléctricas coherentes.

La novedad fundamental de este trabajo radica en la descripción del mecanismo por el cual las oscilaciones generadas en las intercepciones de Ranvier se utilizan para el funcionamiento del sistema de información del cerebro como portador de la memoria y la conciencia.

Se fundamenta la hipótesis de que el sistema de información del cerebro funciona como una computadora cuántica, en la que la función de los qubits se realiza mediante modos oscilatorios acústicos eléctricos en las membranas de las neuronas. La tarea principal del trabajo es fundamentar la tesis de que el cerebro es una computadora cuántica cuyos qubits son oscilaciones coherentes de membranas neuronales.

Junto con la polarización y la fase, otro parámetro de las ondas hipersónicas en las membranas neuronales que se puede usar para formar qubits es la torsión (esto es 5^{y yo} característica de las ondas, que refleja la presencia de momento angular orbital).

La creación de ondas arremolinadas no presenta ninguna dificultad particular: para ello, deben estar presentes estructuras espirales o defectos en el límite de las intercepciones de Ranvier y las regiones de mielina. Probablemente, tales estructuras y defectos existen (y las propias vainas de mielina son espirales).

Según el modelo propuesto, el principal portador de información en el cerebro es la sustancia blanca del cerebro (vainas de mielina), y no la materia gris, como se cree actualmente. Las vainas de mielina sirven no solo para aumentar la velocidad de propagación de los potenciales de acción, sino también como el principal portador de la memoria y la conciencia: la mayor parte de la información se procesa en el blanco y no en la materia gris del cerebro.

En el marco del modelo propuesto del sistema de información cerebral, el problema psicofísico planteado por Descartes encuentra una solución: “¿Cómo se relacionan cuerpo y espíritu en una persona?”, Es decir, ¿cuál es la relación entre materia y conciencia?

La respuesta es la siguiente: El espíritu existe en el espacio de Hilbert, pero es creado por qubits cuánticos formados por partículas materiales que existen en el espacio-tiempo..

La tecnología moderna es capaz de reproducir la estructura de la red axonal del cerebro y comprobar si realmente se generan vibraciones hipersónicas en esta red, y luego crear una computadora cuántica en la que estas vibraciones se utilizarán como qubits.

Con el tiempo, la inteligencia artificial basada en una computadora cuántica acústica eléctrica podrá superar las características cualitativas de la conciencia humana. Esto permitirá dar un paso fundamentalmente nuevo en la evolución humana, y este paso lo dará la conciencia de la persona misma.

Ha llegado el momento de comenzar a implementar la declaración final de trabajo [2]: "En el futuro, es posible crear una neurocomputadora que funcione con los mismos principios físicos que el cerebro humano"..

conclusiones

1. En las membranas de las neuronas, hay oscilaciones acústico-eléctricas coherentes: estas oscilaciones se generan de acuerdo con el efecto del láser acústico en las intercepciones de Ranvier y se propagan a las vainas de mielina

2. Las oscilaciones acústicoeléctricas coherentes en las vainas de mielina de las neuronas realizan la función de qubits, sobre cuya base el sistema de información del cerebro funciona según el principio de una computadora cuántica

3. En los próximos años, es posible crear inteligencia artificial, que es una computadora cuántica que funciona con los mismos principios físicos sobre los que funciona el sistema de información del cerebro

LITERATURA

1. V. A. Shashlov, Nuevo modelo del Universo (I) // "Academia del Trinitarismo", M., El No. 77-6567, publ. 24950, 20.11.2018