Военные и спецслужбы пристальнее всего следят за таким направлением электроники, как разработка квантового компьютера. В Физико-технологическом институте РАН уже готова его теоретическая модель

- Видимо, не случайно разработку квантового компьютера финансируют военные ведомства.

Военные заинтересованы в развитии идеи квантовых коммуникаций ("квантовый Интернет"), которые обладают принципиально новыми свойствами обнаружения подслушивания. Такой канал связи можно назвать абсолютно секретным. В обычной - оптико-волоконной - линии связи мы посылаем и принимаем лазерный импульс. По пути от него можно "отщепить кусочек". А в квантовом варианте вместо импульса света идет один отдельный фотон. Информация может быть зашифрована в каких-то его свойствах (допустим, поляризации). Согласно квантовым законам уже сам процесс измерения квантового объекта изменяет его состояние. Это-то и помогает выявить подслушивание: процент искажения невообразимо высок и не может быть объяснен ничем иным.

- Над чем конкретно работаете вы и ваша лаборатория?

Мы разрабатываем проект твердотельного квантового компьютера на атомах фосфора в кристаллической решетке. Создана теоретическая модель, нам хотелось бы перейти ко второму - экспериментальному - этапу. Дело за соответствующим финансированием.

- Вероятно, в правительстве понимают, что речь идет о национальной безопасности?..

Есть финансовая поддержка со стороны военных и тех служб, которые ответственны за безопасность государства. Но ее сегодня хватает только на теоретические исследования. Правда, по просьбе Министерства обороны в техническом задании на текущий год мы записали переход к экспериментальной фазе. Однако для этого уровень финансирования должен быть более высоким.

- Классические компьютеры себя исчерпали?

Компьютеры, работающие по классическим законам физики, имеют еще довольно большой потенциал развития. Но они не могут выпрыгнуть из этих законов. Главный путь наращивания производительности сегодня - соединение все большего числа процессоров.

- Экстенсивный путь развитияЙ

Именно так. Хотя, конечно, совершенствуются и сами процессоры. Есть вычислительные системы, производительность которых составляет триллион операций в секунду. Такой производительностью, например, обладает недавно созданная российская ЭВМ - результат совместных усилий РАН, Минпромнауки и Российского фонда фундаментальных исследований. Американцы работают над получением 10 триллионовЙ

- И что, этого мало?

В математике есть множество задач, где даже такая производительность выглядит очень маленькой. Они в принципе нерешаемы на классических компьютерах. Например, нахождение простых множителей большого числа. Вам дается, допустим, тысячеразрядное десятичное число. Тысяча цифр. Искомые множители - два пятисотразрядных числа. Так вот, чтобы найти их на классическом компьютере, потребуется примерно 10 в 30-й степени вычислительных операций. Делим на триллион операций в секунду - максимальную производительность современных компьютеров. Получается, что для решения задачи потребуется более 30 миллиардов летЙ

- Это чисто теоретическая задача?

Она имеет практическое значение, поскольку является базисом для самого популярного метода криптографии (кодирования информации. - "Итоги") - RSA. Большая часть банковской и даже правительственной информации зашифрована такими кодами.

- А сколько времени на расшифровку понадобилось бы квантовому компьютеру?

Для тысячеразрядного числа это всего миллиард операций. Квантовому компьютеру понадобилось бы порядка часа. Таким образом, он взломает все коды RSA.

- Во сколько же раз квантовый компьютер быстрее классического?

Все зависит от сложности задачи. Если взять поиск простых множителей тысячеразрядного числа, квантовый компьютер быстрее в сто миллионов раз.

- Надо полагать, криптография не единственная область применения нового компьютера?

Разумеется. Для меня как для физика-теоретика важно использование его в науке. Дело в том, что задачи квантовой физики также не решаются на обычном компьютере. Все расчеты, касающиеся электронов в атомах и молекулах, делаются сегодня с грубыми приближениями. С появлением квантового компьютера перед наукой открывается необозримо огромное поле деятельности. Синтез молекул, новый импульс для развития химии, фармакологии, биологии, генной инженерии, физики твердого телаЙ

- Как будет выглядеть квантовый компьютер?

Есть три основных варианта его физической реализации. В нашем подходе используется квантовое явление ядерного магнитного резонанса. Носителем информации здесь является магнитный момент ядра атома (спин). Спин - вектор, который может иметь лишь два направления: совпадающее с магнитным полем и направленное против него. Эти два базисных состояния и выступают "нулем" и "единицей" двоичного компьютерного кода. Мы предлагаем использовать атомы фосфора, помещенные в кремниевый кристалл. Спин каждого атома фосфора - это один квантовый бит информации. В обычном компьютере мы управляем током транзистора. В квантовом будем управлять спинами атомных ядер фосфора.

- Можно сказать, что наука вплотную подошла к реализации идеи квантового компьютера?

Да. Принципиальная возможность этого очевидна. Большая часть трудностей - сугубо технического порядка. Скорость продвижения к созданию полномасштабного квантового компьютера и сетей квантовой связи зависит только от вложений труда и денег.

- Вашу разработку можно назвать компьютером XXI века? Он заменит в перспективе классические ЭВМ?

Не заменит, а дополнит. Все, что можно решать на классических компьютерах, на них и надо решать. Я думаю, что квантовый компьютер будет встроен в обычную вычислительную систему как некий спецпроцессор.

- Квантовый компьютер сможет приблизить человечество к реализации такой давней мечты, как создание искусственного разума?

Может быть... Есть группа ученых, среди них Пенроуз, знаменитый британский физик и математик, которые считают, что в основе сознания лежат квантовые законы. Впрочем, это пока ничем не доказано. Я не знаю, в какой мере появление искусственного разума будет связано с квантовым компьютером, но думаю, что это произойдет уже в обозримом будущем, в этом веке. Раз природа сумела создать сознание и разум, невозможно отрицать, что эти явления могут существовать в искусственно созданных структурах. Я глубоко верю, что на каком-то этапе такие структуры начнут мыслить, у них появятся эмоции.

Андрей Камакин

Начнем с поэзии, – сэр Чарльз Шеррингтон, общепризнанный отец нейрофизиологии, уподобляет мозг «…волшебному самоткущему станку, в котором миллионы сверкающих челноков ткут тающий на глазах узор (обратите внимание – «тающий на глазах »), всегда полный смысла, но не способный просуществовать сколько-нибудь долго, обреченный гармонично смениться новым узором, и так без конца. Если бы можно было это увидеть, это выглядело бы так, словно Млечный Путь пустился в некий грандиозный космический пляс» .

Итак, мы невероятно богаты! НЕВЕРОЯТНО! КОСМИЧЕСКИ БОГАТЫ! Один только факт, что наш мозг насчитывает примерно триллион (1 000 000 000 000) клеток (нейронов), говорит о нашей невообразимой творческой потенции. У нас в руках, или, вернее, «между ушами», покоится поистине фантастический инструмент, и по большому счету мы космические дауны , которые, нося Вселенную в своей голове, совершенно не осведомлены о том, чем владеем! Наведем наконец резкость: «…каждый из десяти миллиардов нейронов (обращаю внимание – КАЖДЫЙ! ) способен образовывать связи, число которых равно единице с двадцатью восемью нулями! (!!!) Если принять, что только один нейрон обладает подобным потенциалом, тогда трудно себе представить, на что способен мозг в целом. (!!!) Математически это означает, что общее число возможных комбинаций-пермутаций в человеческом мозге равнялось бы единице с 10,5 млн. километров нулей!»

ДАЛЕЕ, ПОСЛЕ ПАУЗЫ: каждый отдельно взятый нейрон (обращаю внимание - КАЖДЫЙ! ) в состоянии в любой момент времени образовывать т.н. синапсы , т.е. связи с 10 000 ближайших нейронов, «обнимая» и «лаская» их своими многочисленными «щупальцами». Так, творя свою изощренную любовь в форме непрекращающихся биохимических реакций, вездесущие нейроны формируют неимоверно сложную трехмерную «паутину», давая рождение и развитие уникальным мыслительным системам, т.н. КАРТАМ УМА , разбросанным в пространстве подобно замысловатым сеткам кровеносных сосудов и капилляров. Давайте попробуем увидеть это! Представим, что «…каждый бит информации, поступающей в мозг, - каждое ощущение, воспоминание и мысль (включая каждое слово, число, вкус, запах, линию, цвет, ритмический удар, ноту, тактильное ощущение от прикосновения к объекту) – может быть представлен в виде центрального сферического объекта, от которого расходятся десятки, сотни, тысячи и миллионы “крючков”. Каждый “крючок” представляет собой ассоциацию, и каждая ассоциация, в свою очередь, располагает практически бесконечным множеством связей с другими ассоциациями. Количество ассоциаций, уже использованных вами, можно считать тем, что называют памятью, т.е. вашей базой данных или архивом» . Одним словом, у каждого из нас между ушами находится «…личная нейрологическая Вселенная. И зная о могуществе нашего мозга, мы готовы смиренно признать ту степень невежества, на которой в настоящее время находимся, и в то же время мы понимаем, что у нас есть завораживающие перспективы превратиться в Богов, если мы научимся управлять нашим мозгом» .

Итак, ЧЕЛОВЕК (как и в узкой профессиональной версии – АРТИСТ ) стоит на пороге великой революции, главной чертой которой является осознание того, что наш Ум потенциален к познанию своей собственной природы, и в процессе этого творческого усилия способен, и более того – призван, самостоятельно обеспечивать себе развитие, совершенствование и, как следствие, - видоизменение! И это означает, что в области эволюционного изменения мозга за последние двадцать лет было зафиксировано «чудовищное» ускорение. Во всех частях мира, исследователи приходят к одному и тому же выводу: мозг современных людей подвергается настолько мощной и быстрой трансформации, что уже через пятьдесят (!!!) лет мы будем иметь другие человеческие тела, «…которые на основе других мозговых структур будут иначе мыслить, иначе воспринимать мир, иначе действовать»! Одним словом, - чем более технически оснащенным будет становиться мир, тем более независимо мыслящим, непредсказуемым и свободолюбивым будет становиться человек! Идея не нова! Во всех временах и местах, возникали, возникают, и будут возникать экстравагантные и довольно эксцентричные индиго-персонажи , которые, с определенной долей нетерпения, будут декларировать свой мозг как некую «Теургическую фабрику » , испытывая дерзкую амбицию – стать хозяевами всего того богатства, которое хранится в залежах их безграничной творческой потенции. И точно так же, мы, как ментально дисциплинированные Homo Virtus , прямо здесь и сейчас, хотим сознательно использовать, запускать и усиливать, заложенные у нас в мозгу механизмы виртуального взгляда , позволяющие в наглой квантовой манере генерировать ядерное творческое мышление практически безграничных возможностей. Так мы, не без определенных опасений, начинаем формировать в себе яростную амбицию, которая начинает подвигать нас к тому, чтобы настойчиво овладевать возможностями своей сверхскоростной «мозговой машины », не опасаясь быть выброшенными из нее на очередном крутом повороте жизни!

Исходя из всего этого, вторую и третью части книги я считаю важным посвятить непосредственным практическим методам Великого Делания , а также технологиям защиты процесса Великого Делания , собранным и отобранным мной более чем за двадцать пять лет настойчивых поисков в разных культурных традициях, научных и социологических дисциплинах, творческих, психотерапевтических, оккультных, мистических и религиозных течениях. Все они, как уже говорилось, основаны на использовании потенциала нашего основного инструмента - невероятной мощи колеблющегося, жидкого кристалла, пронизанного бесконечным числом электрических зарядов и скрепленного кольцами фантастического разнообразия химических реакций. Я не думаю, что есть особая необходимость использовать все описанные, как выше, так и ниже, методы. Но познакомиться с некоторыми предложенными художнической амбицией возможностями по распаковыванию творческого потенциала мозга я считаю крайне важным. Познакомиться и, возможно, подпасть под очарование некоторых из них! Повторяю, некоторых !

Итак, выбирайте то, что покажется не совсем сумасшедшим и, возможно, пригодным для практического использования. Но более всего, и это основная цель книги, я рассчитываю на пробуждение воодушевления к разыгрыванию вашей собственной партии, т.е. на создание своей Вселенной ! Вселенной , которая будет работать по открытым (или переоткрытым) вами самими естественным законам! Одним словом, вспоминайте по чаще слова великого Блейка: «Я должен сотворить свой мир , иначе стану рабом в мире другого человека»! Берите то, что кажется убедительным, отбрасывайте то, что таковым не кажется, наслаждайтесь собственным ростом, делитесь этой силой с другими и будьте счастливы! Если же, напротив, вы не найдете здесь ничего, что воодушевило бы вас к игре с возможностями открытого, ясного и безграничного пространства Ума , наслаждайтесь поиском чего-либо еще, творите свое и будьте счастливы с этим!

И под финал главы, предлагаю два великих высказывания, первое принадлежит апостолу Павлу: «Все мне позволительно, но ничто не должно обладать мною» ; второе высечено на могильной плите Григория Сковороды: «Мир ловил меня, но не поймал». И последнее: «Волшебством ты ограничен, с помощью волшебства ты и освободишься» !

Сэр Чарльз Шеррингтон. (Цит. из книги Тони и Барри Бьюзен «Супермышление». Минск. Издат. «Попурри». 2003.) Млечный Путь – образное название нашей галактики.

П.К. Анохин «Формирование естественного и искусственного интеллекта» (Сборник статей «Мозговой штурм». Спб. Издат. «Ленинград». 1988).

Здесь интересно уточнить следующее: «Если бы у каждого человеческого мозга был всего один синапс - что соответствует монументальной глупости, - то наш разум мог бы находиться всего в двух состояниях. Если бы мы имели всего 2 синапса, то ему были бы доступны 2?=4 состояния, при 3 синапсах – 2?=8 состояний и в общем виде при n синапсах 2? состояния. Но человеческий мозг содержит около 10?? синапсов. Таким образом, число различных состояний, в которых он может находиться, представляет собой число 2 помноженное само на себя десять триллионов раз. Это невообразимо большое число, намного превышающее, например, число всех элементарных частиц (электронов и протонов) во Вселенной . Благодаря столь гигантскому числу возможных функционально различных конфигураций чел. мозга никакие два человека, даже близнецы, выращенные вместе, не могут быть совершенно одинаковыми. Эти чудовищные цифры могут также в какой-то мере объяснить непредсказуемость человеческого поведения в те моменты, когда мы удивляем даже самих себя тем, что делаем. И более того, в свете этих цифр удивительным становится, как вообще существуют хоть какие-нибудь закономерности в человеческом поведении. С этой точки зрения каждое человеческое существо поистине редко и отлично от других, а отсюда как очевидное этическое следствие вытекает священная неприкосновенность каждого человека.» (Карл Саган «Драконы Эдема»., СПб., издат. «Амфора».. 2005)

Каждая мозговая клетка (нейрон) содержит в себе многокомпонентную электрохимическую микропроцессорную и передающую систему, которая, несмотря на свою сложность, способна уместиться на кончике иглы. Каждый нейрон по виду чем-то напоминает осьминога, у которого, помимо собственного тела, может быть несколько десятков, сотен, а то и тысяч «щупалец». Покрутив ручку микроскопа, мы увидим, что каждое «щупальце» похоже на ветку дерева, исходящую из центра, или ядра, клетки. Такие ветки в составе нейрона называют дендритами. Одна наиболее крупная и длинная ветвь, называемая аксоном, является основным каналом, по которому нейрон передает информацию. Длина дендритов и аксонов может варьироваться от одного миллиметра до полутора метров, и по всей их длине наблюдаются небольшие грибовидные протуберанцы, именуемые дендритными шипиками и синаптическими бляшками. Углубляясь далее в этот микроскопический мир, мы обнаруживаем, что каждый дендритный шипик и синаптическая бляшка наполнены сложным комплексом химических веществ, являющихся основными носителями информации в ходе осуществления мыслительного процесса. Образно говоря, это Ниагарский водопад, взятый в микроскопическом масштабе. (Тони и Барри Бьюзен «Супермышление». Минск. Издат. «Попурри». 2003.)

Тимоти Лири «Семь языков Бога» (М. Издат. «Янус», «Пересвет». 2001). Недаром, в 1990 г. наряду с исследованиями Космоса, президент США называет еще одну важную задачу: он призывает сделать последнее десятилетие ХХ века – «десятилетием исследования мозга».

Из доклада Рональда Котулука (Ronald Kotuluk) на конференции «Развитиее мозга у детей. Новые направления в исследованиях, политике и практике». Чикаго, июнь 1996 г.: «В последние пять лет ученые узнали о мозге больше, чем за все прошлое столетие».

На сегодняшний день, существует все растущее число научных фактов, указывающих на то, что в этом формирующем процессе с раннего детства находится не только мозг, который реактивно пластицирует сам себя, но что в этом процессе становится действенным что-то, что вначале проявляет себя только как духовный действующий извне фактор, селективно участвующий в формообразовании. Известный нейролог и исследователь сознания Джон Эклес говорит об этом процессе так: «Это суть автономное духовное, которое само формирует свой мозг». (Зигфрид Войтинас «Кто они, дети индиго?» Калуга., издат. «Духовное познание» 2003)

© Fotolia, Andrea Danti

Квантовый компьютер в человеческом мозге?

20 лет назад математик Роджер Пенроуз и анестезиолог Стюарт Хамерофф заложили основы теории работы человеческого мозга и сознания. Один из ее элементов подразумевал существование квантовых состояний, которые обладают сопротивляемостью декогеренции во внутренней структуре нейронов. В недавней статье об их теории ученые утверждают, что им удалось найти весомые аргументы в пользу этой гипотезы. Однако хотя оба они пользуются большим уважением в научных кругах, их предположения пока что воспринимают весьма скептически.

Почти 20 лет назад великий математик и физик Роджер Пенроуз опубликовал книгу, которая стала результатом его размышлений о природе разума и сознания. Кроме того, в этом произведении под названием «Тени разума: В поисках науки о сознании» (Shadows of the Mind: A Search for the Missing Science of Consciousness) он говорил о ряде идей, которые предложил в 1980-х годах анестезиолог Стюарт Хамерофф. В частности, там значилось утверждение о том, что теорема Геделя о неполноте противоречила выводам работ Алана Тьюринга об искусственном интеллекте: речь идет о том, что расчеты на достаточно сложной машине могут привести к появлению осознанного человеческого разума.

По мнению Пенроуза, полученные Геделем результаты подразумевали, что разум и сознание человека невозможно свести к расчетам. Таким образом, он присоединился к лагерю тех, кто считает, что «трудную проблему сознания», по выражению австралийского философа Дэвида Чалмерса, нельзя решить путем сведения сознания к исполнению определенных алгоритмов. Другими словами, хотя мы и можем связать математическую структуру с восприятием звука или цвета, оно не может сводиться к этой самой структуре и расчету, точно так же, как симуляция звезды, циклона или электромагнитной волны на компьютере не создает эти объекты в реальной действительности. Кроме того, как и другие ученые до него (Эйнштейн, Шредингер и Белл), Пенроуз тем самым выразил свою неудовлетворенность текущим состоянием квантовой физики.

Новая квантовая физика

Как известно, в квантовой механике амплитуда вероятности физической системы (иначе она еще называется вектором волновой функции) меняется четко определенным образом, так как управляется всего одним законом: уравнением Шредингера. Тем не менее, когда нам нужно измерить некую физическую величину системы, например, расположение электрона или его спин, в действие вступает и второй закон, в результате чего волновая функция меняется резким и неопределенным образом. Все это немного напоминает то, как если бы попытка установить наличие определенной ноты в музыкальном отрывке в виде расходящихся вокруг фортепиано сферических звуковых волн приводила бы к исчезновению всех остальных нот кроме одной, которая выбиралась по закону вероятности.

Потребовалось бы несколько книг для того, чтобы рассмотреть все проблемы, которые были подняты, как говорят физики, «редукцией волнового пакета»: она тесно связана с введением амплитуд вероятности и просто законов вероятности в квантовой физике. В частности, она привела к возникновению парадокса Эйнштейна — Подольского — Розена и парадоксу кота Шредингера. Как подробно расписывает ситуацию в книге Пенроуз, он признает обоснованность теории декогеренции по поводу парадокса кота Шредингера, он полагает (и в этом он не одинок), что проблема пока что полностью не решена.

По его мнению, нам нужна некая новая физика (как следствие квантовой теории гравитации, которой стандартная квантовая механика должна давать лишь приблизительные значения), если мы на самом деле хотим решить все загадки и преодолеть все сложности, которые ставят перед нами некоторые аспекты квантовой теории. Кроме того, эта новая физика должна содержать в себе математические элементы, которые нельзя будет свести к алгоритмам, как следует из восприятия Пенроузом теоремы Геделя. Наконец, она смогла бы пролить свет на трудную проблему сознания.

Квантовые клеточные автоматы в нейронах

По итогам таких размышлений, которые он представил в несколько сокращенной версии в книге «Новый ум короля. О компьютерах, мышлении и законах физики» (The Emperor`s New Mind. Concerning Computers, Minds and The Laws of Physics), Пенроуз обратился к Стюарту Хамероффу. Тот рассуждал об этих попытках как биолог и анестезиолог: тем самым он пытался понять работу мозга и физические основы сознания. Объединив усилия, ученые предложили следующую теорию.

Они взяли за основу утверждение о том, что большая часть работы нашего мозга прекрасно объясняется с помощью законов классической физики, в частности, на уровне коннектома, то есть нейронных связей. Тем не менее на уровне связей синапсов появляется нечто новое. Эти связи ощущают на себе серьезное воздействие структур, которые обнаруживаются в цитоскелете нейронов: речь идет о микротрубочках. Они представляют собой нечто вроде волокон, которые состоят из димеров тубулина (эти протеины обладают дипольным моментом). По мнению Пенроуза и Хамероффа, эти обладающие поляризационными свойствами белки превращают микротрубочки в нечто вроде клеточных автоматов, которые способны накапливать кубиты и осуществлять расчеты помимо тех, что обычно приписываются нейронной сети. Если это действительно так, то возможности человеческого мозга по обработке информации значительно выше, чем принято считать сегодня. Кроме того, это еще больше отдаляет перспективу создания достаточно мощного компьютера, которому было бы под силу правильно симулировать его работу.

Микротрубочки — квантовые компьютеры?

Кроме того, (этот момент навлекает на себя главную критику в научном сообществе) Пенроуз и Хамерофф заявили, что микротрубочки могут представлять собой эффективные квантовые компьютеры, хотя теория декогеренции утверждает, что это невозможно. Клетки мозга и микротрубочки обладают слишком высокой температурой и слишком сильно подвержены воздействию окружающих шумов, что дает недостаточно времени для проведения долгих квантовых расчетов. Другими словами, даже если мы опускаемся до уровня тибулинов, объекты, с которыми нам приходится иметь дело, все равно слишком горячи и велики для проявления квантовых свойств.

Как бы то ни было, Пенроуз и Хамерофф ответили, что здесь мы не можем быть в чем-то уверенными. Нам известно, что на макроскопическом уровне объектам может быть свойственно квантовое поведение, которое проявляется в таких свойствах, как сверхпроводимость и сверхтекучесть (пока что речь действительно идет лишь о крайне низких температурах, однако в перспективе ученые надеются создать сверхпроводники, которые могли бы работать и при обычных условиях). Кроме того, мы знаем, что эффект Эйнштейна — Подольского — Розена на самом деле работает, несмотря на расстояние в несколько метров между квантовыми системами. Признаки квантовой когеренции свойственны также биологическим системам и наблюдаются в них при низкой температуре уже несколько лет. В частности, это касается фотосинтеза. Не исключено, что эволюции удалось обойти препятствие квантовой декогеренции.

Тени физики разума

Существует в теории Пенроуза и Хамероффа и одна еще более спорная гипотеза. Если квантовые расчеты действительно осуществляются в микротрубочках, они находятся под воздействием квантовой гравитации, а та в свою очередь задействует процессы, которые не согласуются с расчетом Пенроуза за пределами традиционной квантовой механики. В частности это происходит на уровне редукции волнового пакета при замерах данных с так называемой объективной редукцией.

По мнению Пенроуза (как, впрочем, и Эйнштейна, и таких признанных физиков, как Джон Белл и Герард"т Хоофт), имеющаяся в нашем распоряжении в данный момент квантовая физика может стать всего лишь частичным (пусть и весьма эффективным на практике) решением проблем квантования энергии и корпускулярно-волнового дуализма. Таким образом, на более глубоком уровне действительности существует еще неизвестная нам физика сознания (она включает в себя и классическую квантовую теорию): в данный момент мы видим лишь ее тень в коннектоме и микротрубочках. Как существование пространственно-временных категорий становится по-настоящему ощутимым, когда мы приближаемся к скорости света и интенсивным гравитационным полям, так и физика разума раскрывает себя лишь при рассмотрении очень сложных объектов.

Научные спекуляции и псевдонаука

Как легко догадаться, здесь мы подходим к самым вершинам научных спекуляций, где риск потеряться среди метафизических и ненаучных соображений особенно велик. Кроме того, как все мы знаем, некоторые известные ученые вроде Джона Хагелина и лауреата Нобелевской премии Брайана Джозефсона теперь оперируют одной лишь псевдонаукой, когда пытаются подойти к рассмотрению проблемы физических основ сознания.

Гипотезы Пенроуза и Хамероффа сегодня воспринимаются в научном сообществе весьма критически, однако оно не считает, что эти специалисты пересекли запретную красную линию. Скорее складывается впечатление, что их предложения находятся на одном уровне с размышлениями Шредингера в его знаменитой книге «Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки» (What is Life? The Physical Aspect of the Living Cell) 1944 года: высказанные им теории помогли пионерам молекулярной биологии продвинуться к открытию ДНК.

Признаки квантовой когеренции в микротрубочках

В прошлом году Пенроуз и Хмерофф опубликовали в Physics of Life Reviews статью об их теории происхождения сознания. В журнале вышло несколько статей с комментариями и критикой их теории, а также их ответы. Как бы то ни было, прискорбно видеть среди этих статей публикацию известного американского врача Дипака Чопры, который отметился более чем сумбурными теориями. Однако самое удивительное в том, что Пенроуз и Хамерофф сегодня говорят о признаках наличия квантовой когеренции в микротрубочках. В этом они основываются на работах индийского специалиста Анирбана Бандиопадхая, который вот уже несколько лет занимается изучением микротрубочек совместно с коллегами из Национального института материаловедения из японской Цукубы.

Статьи Пенроуза и Хамероффа по-настоящему озадачивают, потому что лишь обширные знания квантовой физики, нейробиологии и физики твердого тела могли бы позволить с точностью указать на то, чему можно верить в выдвинутых ими теоретических конструкциях. Сложно сказать, присутствуем ли мы при первых серьезных шагах к изменениям в научной парадигме (сравнимых по масштабам с революцией в биологии в 1940-х годах) или же речь попросту идет о множестве неудачных попыток блестящих ученых развеять завесу тайны в отношениях между разумом и материей. В любом случае Пенроуз и Хамерофф определенно идут по стопам Шредингера, Паули, Вигнера и Линде в физике и Альфреда Уайтхеда и Карла Поппера в философии. Будем надеяться, что работы в области квантовых компьютеров помогут нам расширить наше понимание этих вопросов в ближайшие десятилетия.

Рассуждения Пенроуза и Хамероффа дают пищу для размышлений, но мы все равно до сих пор остаемся на стадии рабочих гипотез, которые нужно развивать и проверять на практике (оба ученых, кстати, вовсе не пытаются отрицать этот факт). Сейчас они напоминают эквилибристов, которые пытаются не свалиться в яму псевдонаучной квантовой мистики и не угодить в капкан боязливого позитивизма, отказываясь искать новые и опасные пути на terra incognita под названием физика разума.

«Сэр Роджер Пенроуз некогерентен, и Макс Тегмарк утверждает, что может это доказать». Ничего себе! Я прочёл первую строчку заметки в журнале «Сайенс» от 4 февраля 2000 года и почувствовал, что меня застали врасплох. Я никогда не называл знаменитого математического физика некогерентным, но журналистам по душе скандалы и каламбуры, а я написал статью (http://arxiv.org/pdf/gr-qc/9 310 032.pdf ), в которой показал, что одна из идей Пенроуза неверна из-за декогеренции.

В последние годы наблюдается всплеск интереса к квантовым компьютерам, которые могли бы использовать причуды квантовой механики для ускоренного решения некоторых задач. Допустим, вы купили эту книгу в интернет-магазине. Номер вашей кредитной карты был зашифрован методом, который основан на том факте, что перемножение двух 300-значных простых чисел делается быстро, а разложение на множители получившегося 600-значного числа осуществить трудно, и с лучшими современными компьютерами это заняло бы времени больше, чем возраст нашей Вселенной. Если удастся построить большой квантовый компьютер, хакеры смогут с помощью квантового алгоритма, изобретённого моим коллегой по Массачусетскому технологическому институту Питером Шором, очень быстро найти ответ и украсть ваши деньги. Как утверждает пионер квантовых вычислений Дэвид Дойч, «квантовые компьютеры распределяют информацию по огромному числу версий самих себя в мультиверсе» и могут быстрее получить ответ здесь, в нашей Вселенной, в известном смысле, получая помощь от тех, других версий. Квантовый компьютер может также эффективно моделировать поведение атомов и молекул, заменяя измерения в химических лабораториях таким же образом, как моделирование на обычных компьютерах заменило измерения в аэродинамических трубах. Многие современные компьютеры действуют быстрее за счёт параллельной работы множества процессов. О квантовом компьютере можно думать как об идеальном параллельном компьютере, использующем мультиверс III уровня в качестве вычислительного ресурса и, в некотором смысле, запускающем параллельные вычисления в параллельных вселенных.

Прежде чем строить такую машину, надо справиться с огромными инженерными проблемами, такими как достаточно надёжная изоляция квантовой информации, чтобы декогеренция не разрушала квантовые суперпозиции. Здесь ещё предстоит сделать очень многое: в то время как компьютер в сотовом телефоне хранит, вероятно, миллиарды битов информации (нулей и единиц), самые совершенные квантовые компьютеры в лабораториях мира могут хранить лишь по несколько штук. Однако Пенроуз и другие выдвинули шокирующее предположение: возможно, у вас уже есть квантовый компьютер - в голове! Они предположили, что наши мозги (по крайней мере некоторые) являются квантовыми компьютерами и что это ключевой момент для понимания природы сознания.

Поскольку декогеренция нарушает квантовые эффекты, я решил применить те самые формулы для декогеренции, с которыми меня опередили, для проверки идеи Пенроуза. Сначала я выполнил расчёты для нейронов (рис. 8.7 ), нервных клеток, которые, подобно проводам, передают электрические сигналы в мозге. Нейроны тонкие и длинные: если вы выложите свои нейроны один за другим, они обогнут Землю около 4 раз. Нейроны передают электрические сигналы, перемещая атомы натрия и калия, у каждого из которых не хватает электрона (а потому они несут положительный электрический заряд). Если подключить отдыхающий нейрон к вольтметру, тот определит, что напряжение между внутренней и наружной областями клетки составляет 0,07 В. Если одно из окончаний нейрона снизит это напряжение, в клеточной мембране откроются чувствительные к напряжению каналы, заряженные атомы натрия начнут проходить по ним, напряжение снизится ещё сильнее, и поток атомов усилится. Это цепная реакция, называемая разрядом , распространяется по всей длине нейрона со скоростью до 300 км/ч, пропуская внутрь клетки около миллиона атомов натрия. Аксон вскоре восстанавливается, и быстрые нейроны могут повторять этот процесс разряда более тысячи раз в секунду.

Рис. 8.7. Схематическое изображение нейрона (слева ), участка его длинного отростка, называемого аксоном (посередине ) и фрагмента мембраны аксона (справа ). Большая доля площади аксона покрыта непроводящим веществом миелином, но на нём есть небольшие оголённые участки (примерно каждые полмиллиметра), где концентрируются чувствительные к электрическому напряжению натриевые и калиевые каналы. Когда нейрон находится в суперпозиции состояний возбуждения и покоя, около 1 млн атомов натрия (Na) находится в суперпозиции состояний внутри и снаружи клетки (справа ).

Теперь предположим, что мозг - действительно квантовый компьютер и разряд нейронов каким-либо образом вовлечён в эти вычисления. Тогда отдельный нейрон должен быть способен находиться в суперпозиции выдавшего и не выдавшего разряд, а значит, около миллиона атомов натрия должны находиться в двух местах одновременно - внутри и снаружи нейрона. Квантовый компьютер работает лишь постольку, поскольку его состояние остаётся тайной для мира. Так долго ли нейрон может хранить в секрете, выдал он разряд или нет? Когда я подставил числа, ответ получился - «очень недолго»: около десяти миллиардных долей триллионной доли секунды (10 –20 с). Столько времени обычно проходит, прежде чем случайная молекула воды столкнётся с одним из миллиона атомов натрия и обнаружит себя, тем самым разрушив квантовую суперпозицию. Я также обсчитал другую модель Роджера Пенроуза, в которой квантовые вычисления выполняются не нейронами, а микротубулами, элементами цитоскелета клеток, и обнаружил, что они поддаются декогеренции примерно за 10 –13 секунды (100 квадриллионных долей). Чтобы мои мысли соответствовали квантовым вычислениям, они должны завершаться прежде, чем случится декогеренция, так что мне следует думать со скоростью 10 000 000 000 000 мыслей в секунду. Может быть, Пенроуз умеет думать так быстро, а я нет.

На самом деле не удивительно, что мозг не работает подобно квантовому компьютеру. Мои коллеги, которые пытаются построить квантовый компьютер, ведут затяжную войну с декогеренцией и обычно изолируют свои устройства в холодном тёмном вакууме, чтобы сохранить их состояние в секрете от остального мира, в то время как мозг - тёплое влажное место, отделы которого не изолированы. Однако некоторые остались недовольны моей статьёй, и я получил первый опыт научной полемики. Стюарт Хамерофф, один из авторов концепции квантового сознания, заявил, что я «подбросил зловонную бомбу на это исследовательское поле» и доставил массу проблем исследователям квантового сознания. «Вы что, наёмный убийца от научной ортодоксии?» - спрашивал он меня.

Меня это изрядно повеселило, поскольку обычно я сам склонен противостоять научной ортодоксии и инстинктивно поддерживаю слабейшую сторону, тех, кто придерживается нетрадиционных идей. Кроме того, я не делал эти расчёты в надежде на конкретный результат, а просто разбирался, каким будет ответ. На самом деле, я был бы счастлив, если бы пришёл к противоположному заключению, поскольку было бы по-настоящему прикольно иметь собственный квантовый компьютер. Вместе с двумя соавторами Хамерофф опубликовал возражения к моей статье, которые, как я чувствовал, были ошибочными, и я не мог избавиться от ощущения, что порой учёные прикипают к идее почти с религиозным жаром, так что никакие факты не могут их разубедить. Неужели все эти нагромождения специальной терминологии были всего лишь попыткой рационализировать тезис: «Сознание - это загадка, и квантовая механика - это загадка, так что они должны быть связаны»?

В 2009 году в Нью-Йорке я наконец встретил Стюарта Хамероффа. Он оказался очень общительным и дружелюбным человеком. Мы пообедали вместе и, что интересно, не нашли ни одной выкладки или измерения, по поводу которых не были бы согласны друг с другом. Мы решили, что дело в разном понимании того, как всё это относится к сознанию.

(США) довольно давно представили теорию о том, что наше сознание суть квантовый компьютер. Только не те экспериментальные установки, которые иногда помогают в решении отдельных Google-задач, а полноценные «сильные» версии квантовых компьютеров, о создании которых человечество пока лишь мечтает:

Если верить названным учёным, в нашем мозгу используется несколько полезнейших особенностей квантовомеханических процессов - к примеру, способность одной частицы находиться сразу в двух местах.

В середине июня г-да Пенроуз и Хамерофф в очередной раз выступали с подобными идеями - на сей раз на международном конгрессе «Глобальное будущее-2045» , который проходил в Нью-Йорке (США).

Один из основных их аргументов выглядит относительно убедительно. Широко известная ясно показывает: формальная арифметика принципиально ограничена. Более того, ограничена всякая формальная система, в которой можно определить натуральные числа, 0, 1 и пр. базисные понятия того же ряда. Первая теорема Гёделя делает вывод: если формальная арифметика непротиворечива, то в ней существует невыводимая и неопровержимая формула, а вторая постулирует следующее: если формальная арифметика непротиворечива, то в ней невыводима некоторая формула, содержательно утверждающая непротиворечивость этой арифметики. Из этого вытекают важные последствия для расчётов, выполняемых с помощью обычных компьютеров и базирующихся на тех же понятиях, что и формальная арифметика. Однако, замечает г-н Пенроуз, на практике человеческие математики способны доказывать то, что, согласно теореме Гёделя, не должны решать системы компьютерного вида.

Вывод физика прост: это прямо указывает на построение человеческого мозга на принципах, далеко отстоящих от тех, что используются в компьютерах. И поскольку нам неизвестны другие принципы вычислений, кроме классических - заложенных в обычные ЭВМ, и квантовых - предположительно, заложенных в квантовые компьютеры D-Wave, то напрашивается такая мысль: наш мозг основывает свои расчёты на квантовой механике.

Что в этой теории хорошо? Главное её преимущество в том, что ни один специалист по человеческому мозгу пока не предложил ни одного удовлетворительного объяснения сознания - состояния, при котором субъект сознает себя и способен мыслить. Очевидно, идея г-на Пенроуза на этом скудном теоретическом фоне кажется по крайней мере теорией, достойной рассмотрения.

И тут мы подходим к тому, чем эта концепция плоха. В самом деле, почему это направление мысли считают маргинальным, хотя сам Роджер Пенроуз, без сомнения, физик выдающийся? Всё просто: он не объясняет, не будучи «специалистом по мозгу», какие конкретно механизмы отвечают за квантовые вычисления в реальном мозгу человека. Стюарт Хамеррофф после ознакомления с теорией предположил, что возможность мозговых квантовых вычислений могут обеспечивать маленькие волокнистые структуры, известные как микротрубочки , входящие в цитоскелет клеток (в том числе аксонов).

Микротрубочки состоят из единиц протеина, известного как тубулин . В определённых районах этого белка электроны начинают «кружиться» очень близко друг к другу. Согласно предположениям г-на Хамероффа, в этой точке электроны могут стать квантово запутанными, после чего даже в случае пространственного разделения действие, происходящее с одним из электронов, может повлиять на другой. В этой ситуации возникновение и исчезновение квантовой когерентности может быть как-то связано с динамической нестабильностью микротрубочек, которые то полимеризуются, то деполимеризуются, причём делают это постоянно, никогда не пребывая в одном устойчивом состоянии.

При этом микротрубочки в одном нейроне могут быть связаны с аналогичными объектами в другом нейроне посредством щелевых контактов - способа соединения клеток при помощи белковых каналов, коннексонов. Последние обеспечивают электрическое соединение двух клеток, а также перенос между ними небольших молекул.

Тем не менее, с точки зрения физического мейнстрима, всё предлагаемое г-ном Хамероффом в части реализации квантовых вычислений в нашей голове - ненаучная фантастика. Наши нынешние квантовые компьютеры предельно чувствительны к шуму. Чтобы минимизировать его, нужно изолировать систему и охладить её почти до абсолютного нуля, дабы тепло не порождало колебания атомов и не генерировало тем самым шумы. Это делает картину квантовых вычислений в таком тёплом и влажном месте, как человеческий мозг, нереалистичной, уверена основная масса физиков. И даже не пытайтесь спрашивать о том, уверены ли они, что для квантовых состояний нет каких-то особых условий, в которых они могут оставаться когерентными, несмотря на шум, порождаемый высокой температурой. Их ответ будет краток: экспериментальных подтверждений таким процессам нет.

В принципе, квантовые состояния в мозгу всё же возможны, но основная часть научного мира полагает, что они существуют там слишком короткое время, чтобы на этой основе можно было производить какие-то умственные операции.

Другой элемент критического восприятия теории Пенроуза родом из исследований мозга. Модель г-на Хамероффа утверждает, что микротрубочки обеспечивают нам квантовое сознание. Но дело в том, что микротрубочки пришли к животным не с Луны. И встречаются даже в растениях, которые, как острит Бернард Баарс (Bernard Baars), возглавляющий Общество наук по изучению мозга, «насколько нам известно, лишены сознания». Здесь, правда, стоит напомнить, что относительно недавно , что и растения в прямом смысле слова живут за счёт квантовомеханических процессов...

И всё же как раз врачи встречают идею не совсем в штыки. «Если кто-то проведёт эксперимент - один единственный эксперимент, - говорит Бернард Баарс, - то я отброшу весь свой скептицизм». Физики, само собой, настроены резче, примерно как Резерфорд в 1933 году, оценивая перспективы получения энергии от деления атома. Помните?

Интересно, прояснится ли настолько же ситуация с квантовым сознанием за ближайшие 12 лет?

Подготовлено по материалам LiveScience . Изображение на заставке принадлежит Shutterstock .

Александр Березин
28 июня 2013 года
«Компьюлента»

Муравьев И. П.

В статье рассматриваются некоторые аспекты квантомеханического описания психики. Рассматривается проблема связи между психикой и измерением в квантовой механике. Обсуждаются аргументы Роджера Пенроуза о наличии невычислимого компонента в человеческом мышлении. Основной темой статьи является обсуждение недостатков его аргументации.

Иванов Е. М.

Речь в данной работе пойдет о так называемом "геделевском аргументе", который используется как аргумент против возможности создания искусственного интеллекта. Суть аргумента заключается в следующем: полагают, что из теоремы Курта Геделя о неполноте формальных систем вытекает принципиальное различие между искусственным ("машинным") интеллектом и человеческим умом.

Питер Эткинз

Эта книга предназначена для широкого круга читателей, желающих узнать больше об окружающем нас мире и о самих себе. Автор, известный ученый и популяризатор науки, с необычайной ясностью и глубиной объясняет устройство Вселенной, тайны квантового мира и генетики, эволюцию жизни и показывает важность математики для познания всей природы и человеческого разума в частности.

Константин Анохин

Гамбургский счет

Верно ли понимать интеллект как совокупность рефлексов? Как устроен алгоритм работы мозга? Каким образом мы принимаем решения? О рефлексах, роли эмоциональной оценки ситуации и принципе накопления знаний рассказывает Александр Жданов, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник ОАО «Институт точной механики и вычислительной техники им. С. А. Лебедева Российской академии наук», профессор факультета радиотехники и кибернетики МФТИ.

Рассудок следует отличать от других форм сознания - самосознания, разума и духа. Рассудок не создаёт нового знания, а лишь систематизирует уже существующее. Различение разума и рассудка как двух “способностей души” намечается уже в античной философии: если рассудок как низшая форма мышления познает относительное, земное и конечное, то разум направляет на постижение абсолютного, божественного и бесконечного.

Наша Вселенная - лишь один из этапов в череде вселенных, регулярно порождаемых Большими взрывами. Этот результат работы ученых, о котором стало известно на днях, хотя и нуждается в серьезной проверке, демонстрирует, что в науке не закончилась эпоха фундаментальных открытий.

Сосинский А. Б.

Теорема Гёделя, наряду с открытием теории относительности, квантовой механики и ДНК, обычно рассматривается как крупнейшее научное достижение ХХ века. Почему? В чем ее суть? Каково ее значение? Эти вопросы в своей лекции в рамках проекта «Публичные лекции "Полит.ру"» раскрывает Алексей Брониславович Сосинский, математик, профессор Независимого московского университета, офицер Ордена академических пальм Французской Республики, лауреат премии Правительства РФ в области образования 2012 года. В частности, были даны несколько разных ее формулировок, описаны три подхода к ее доказательству (Колмогорова, Чейтина и самого Гёделя), и объяснено ее значение для математики, физики, компьютерной науки и философии.