Квантовый компьютер как модель сознания

 
 

Квантовый компьютер как модель сознания




В последние годы (начиная, примерно с 1989) наблюдается значительный рост интереса к гипотезе квантовой природы человеческого сознания (Д. Бом, Р. Пенроуз, Г. Степп, С. Хамерофф, Дж. Сарфатти и др.). Возможным вариантом этой гипотезы является предположение, что сознание - это нечто подобное квантовому компьютеру, т.е. представляет собой вполне материальную макроскопическую квантовую подсистему мозга, которая, благодаря своей квантовой природе, способна чрезвычайно эффективно обрабатывать сенсорную и иную информацию, осуществлять сложные логические операции и т.п., то есть выполнять те функции, которые обычно приписывают человеческому сознанию.
Основной довод в пользу квантовой природы сознания в данном случае заключается в том, что квантовый компьютер (как это было показано в работах Д. Дейча, П. Шора, Л. Гровера и др.) потенциально обладает вычислительной мощностью, во много раз превосходящей мощность классических компьютеров (по некоторым оценкам в миллионы и даже миллиарды раз).
Если человеческий мозг способен превосходить обычный компьютер в эффективности решения задач определенных классов (что пока несомненно), то, по всей видимости, это возможно лишь в силу того, что он обладает более мощными вычислительными ресурсами, т.е. большим быстродействием и большим объемом доступной памяти.
Философским основанием отождествления сознания с квантовым компьютером может служить, в частности, так называемый "двухаспектный подход", предложенный еще в середине прошлого века Г.Т. Фехнером. Согласно этой концепции материя и сознание соотносятся как "внутреннее" и "внешнее", т.е. как "бытие, как оно существует само по себе" и его восприятие извне - "проекция" в сознание другого субъекта. Материя с этой точки зрения есть лишь восприятие иной субъективности и, следовательно, фундаментальным является не разделение бытия на материю и сознание, а различие между "Я" и "не-Я".
Корректное обоснование гипотезы "квантового сознания" требует детального сопоставления, во-первых, наиболее общих "формальных" свойств сознания и квантовых объектов и, во-вторых, сопоставления более конкретных функциональных свойств сознания и соответствующих свойств квантовых компьютеров. Действительно, согласно "двухаспектному" решению психофизической проблемы физические свойства есть лишь "инобытие" или "внешняя проекция" свойств того, что само по себе существует как некая субъективная реальность (на определенном уровне организации принимающая форму сознания). Следовательно, должен существовать строгий изоморфизм свойств сознания и свойств предполагаемого квантового "субстрата" сознания.
К числу предельно общих свойств сознания, имеющих квантовые аналоги, относятся целостность, временная нелокальность (конечная, ненулевая временная протяженность чувственно переживаемого "сейчас" и сверхвременность смысла), а также двойственная актуально-потенциальная структура сознания - наличие в сознании наряду с актуальными, чувственными переживаниями, также сверхчувственных (бескачественных, внепространственных и вневременных) смыслов, которые можно истолковать как "чистые потенции", т.е.онтологически наличные возможности, присущие тем или иным актуальным переживаниям. С позиций квантовой теории можно также объяснить кажущееся противоречие между качественной разнородностью чувственных переживаний и бескачественностью физической реальности. Дело здесь в том, что математический аппарат квантовой механики способен описать лишь потенциальную сторону бытия, соответствующую (с точки зрения "двухаспектного подхода") смыслам, которые также бескачественны. Качества же могут возникать лишь в связи с квантовыми измерениям, которые как раз не имеют корректного математического описания. Учет также и принципов теории относительности позволяет усмотреть физический аналог укорененности индивидуального сознания (Я) в надиндивидуальном идеальном бытии (свойство сознания, которое отмечали многие философы начиная с Платона).
В данной статье сделана попытка рассмотреть аналогию между сознанием и квантовыми компьютерами. В частности, показана, что некоторые особенности функционирования квантовых компьютеров весьма напоминают функциональные свойства человеческого сознания и, таким образом, можно дать правдоподобное объяснение некоторых фактов психологии с позиции квантовой теории.
Попытаемся провести некоторые аналогии между квантовым компьютером и человеческим сознанием. Во-первых, представляется очевидным, что наше сознание обладает способностью параллельно обрабатывать огромные объемы сенсорной (например, визуальной) информации. Это доказывается хотя бы тем, что когда я открываю глаза, я сразу же вижу и опознаю вокруг себя огромное множество разнообразных предметов. Как показывают эксперименты, построение образа объекта, включая его категориальное распознавание, осуществляется в среднем примерно за 100 -180 мсек. За это время наш мозг должен осуществить колоссальное множество операций с каждой единицей сенсорной информации, включая (для зрительной модальности) выделение фигуры из фона, учет движения глаз и тела, распознавание образа, идентификацию движущихся предметов и т.д. Если допустить, что, по крайней мере, большая часть этих операций осуществляется непосредственно в нашем сознании, то мы должны признать, что сознание способно к параллельной обработке больших объемов информации. Причем эта обработка осуществляется обычно за один "вычислительный такт", поскольку мы, как правило, не наблюдаем субъективно какой-либо динамики построения чувственного образа (за исключением особых экспериментальных ситуаций, в которых эта динамика наблюдается, вероятно, как артефакт, созданный ограничением времени восприятия). Мы, как правило, сразу видим вещь как целостный, законченный, осмысленный предмет. Но, как мы отмечали выше, таким же свойством: за один такт параллельно осуществлять экспоненциальное множество операций, обладают и квантовые компьютеры.
Тот факт, что мы как бы "не чувствуем", не переживаем непосредственно те процессы обработки информации, которые по всей видимости должны осуществляться нашим "феноменальным" сознанием (в противном случае следовало бы признать, что феноменальное сознание не более чем эпифеномен - бессильный и бесполезный придаток мозговых процессов не способный выполнять какую-либо важную функцию), можно объяснить "потенциальным" и, следовательно, вневременным характером этой обработки. Точно также и в квантовом компьютере - динамика волновой функции под воздейстием оператора U не есть, по существу, пространственно-временной процесс в обычном его понимании. Речь идет лишь о перераспределении квантовых потенций соотносительно с будущим процессом измерения. С этой точки зрения мы действительно "переживаем" обработку информации в сознании - но не как поэтапный дискурсивный процесс, а как симультанное "схватывание" смысла (интуитивное уразумение).
Далее, параллельные процессы в сознании, например, процессы параллельного визуального восприятия сразу нескольких объектов, не являются абсолютно независимыми друг от друга. Как показали исследования гештальт-психологов, каждый предмет воспринимается нами в контексте единого целостного "перцептивного поля". (Так называемые "полевые эффекты" восприятия). Вместе с тем, параллельные вычисления в квантовом компьютере также не являются независимыми. Если, например, имеются две ветви вычислительного процесса, приводящие к тождественному результату, то в соответствии с принципами квантовой механики, между этими ветвями возникает интерференция, т.е. вычислительный процесс в одной ветви либо подавляет, либо усиливает аналогичный процесс в другой ветви.
Гипотеза квантовой природы сознания позволяет также решить один психологический парадокс: с одной стороны, достаточно очевидно, что для того, чтобы выполнять присущие ему функции, наш мозг должен обладать огромной вычислительной мощностью, в частности, огромной пропускной способностью, позволяющей ему параллельно обрабатывать огромные массивы сенсорной информации в реальном масштабе времени. Однако, с другой стороны, прямые измерения показывают, что пропускная способность человеческой психики смехотворно мала и составляет, по оценкам разных авторов, от 5 до 70 бит/сек. Достаточно очевидно, что "узким местом" здесь, как и в квантовом компьютере, является процедура считывания результатов обработки информации. Мы способны одновременно воспринять и опознать огромное количество различных объектов и сконструировать из их образов единое осмысленное "перцептивное поле" актуально переживаемого. Но мы не можем, как правило, сразу, без дополнительных затрат когнитивных ресурсов, дать ответ на вопрос: есть ли среди воспринимаемых нами объектов тот или иной конкретный предмет. (Например, если мы воспринимаем большую таблицу с числами, то, несмотря на то, что мы видим ее как некое осмысленное целое, мы, тем не менее, не можем сразу же ответить на вопрос: есть ли среди этих чисел, например, число 10 или же нет). По всей видимости в нашем сознании в каждый момент времени содержится огромная, сложным образом структурированная информация, содержащая экспоненциальное множество ответов на самые разнообразные вопросы относительно воспринимаемых нами в данный момент объектов (что и создает эффект осмысленности видимого), однако доступ извне к этой информации чрезвычайно ограничен. Реально в каждую единицу времени мы можем дать ответ лишь на один единственный вопрос, да и то для этого нередко требуются дополнительные когнитивные операции и, соответственно, дополнительные затраты времени. Точно так же и квантовый компьютер содержит в себе в виде суперпозиции квантовых состояний огромное множество результатов вычисления, однако доступ к этой информации весьма ограничен и требуются дополнительные операции для того чтобы получить ответ на тот или иной вопрос относительно этих, уже имеющихся в наличии, результатов вычисления.
Если мозг действительно представляет собой некое подобие квантового компьютера, то он, очевидно, должен обладать эффективным алгоритмом усиления "полезных" результатов квантового вычисления, что дает ему возможность решать сложные когнитивные задачи за минимальное число шагов. (Отметим, кстати, что из всех описанных в настоящее время квантовых алгоритмов наибольшее значение для решения специфических когнитивных задач имеет, по всей видимости, недавно описанный Л. К. Гровером квантовый алгоритм быстрого поиска информации в базах данных. Этот алгоритм можно сопоставить с механизмом быстрого поиска информации в долговременной памяти).
Отметим, наконец, еще одну аналогию между свойствами сознания и свойствами квантовых компьютеров. Большинство известных моделей квантовых компьютеров основаны на идее осуществимости в квантовом компьютере полностью обратимого вычислительного процесса, что позволяет осуществлять вычисления без диссипации энергии (последняя привела бы к разрушению когерентности и сделала бы невозможным квантовый вычислительный процесс). Но физическая обратимость вычисления предполагает его логическую обратимость, а последняя предполагает полное отсутствие потери информации в ходе вычислительного процесса. Иными словами, квантовый компьютер должен сохранять всю исходную информацию на протяжении всего вычислительного процесса. Вместе с тем, некоторые исследования (У. Пенфилд, П. Перо) показывают, что человеческий мозг также на самом деле ничего не забывает, затрудняется лишь доступ к той или иной хранящейся в нем информации. Не есть ли это следствие обратимого характера квантовых вычислений, осуществляемых в мозге?
В заключении рассмотрим вкратце вопрос о возможных способах решения квантовым сознанием интеллектуальных, сенсорных и иных задач (таких как распознавание образов, выбор оптимальной стратегии поведения и т.п.). Представляется маловероятным, что решая типичные для человеческого интеллекта задачи, наш мозг использует что-то подобное эвристическим алгоритмам, существенно сокращающим число просматриваемых альтернатив. Уже само создание таких алгоритмов требует интеллектуальных усилий и, таким образом, эвристические алгоритмы не могут рассматриваться как первичный и основной механизм человеческого интеллекта. Представляется более вероятным, что наш мозг использует самый простой и универсальный метод - а именно, метод сплошного перебора вариантов. (Хотя, вероятно, многократное предъявление однотипных задач ведет к модификации алгоритма в направлении сокращения объема просматриваемых альтернатив). Вместе с тем, как мы видели ранее, квантовый компьютер как раз более всего подходит для решения разнообразных задач методом сплошного перебора (за счет использования практически неограниченной способности к осуществлению параллельных вычислений). Это еще один дополнительный аргумент в пользу гипотезы квантовой природы сознания.
Итак, мы видим, что не только предельно общие свойства сознания имеют аналоги на квантовом уровне, но подобны друг другу также и более частные, функциональные свойства сознания и квантовых компьютеров. Все это подтверждает перспективность квантового подхода к решению загадки человеческого сознания.



Создан 05 сен 2011