Computing
Er hjernen en kvantecomputer? Nye indsigter siger, at den måske er det
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Hjernen som et ur eller en computer?
Consciousness, higher levels of thought, and how the brain works are still a mystery today. Over history, the functioning of the human mind has been seen gennem forskellige analogier, normalt ved at bruge den mest avancerede teknologi på den tid.
De gamle grækere så den som et vandur. Senere tænkere mente, at den blev drevet af bevægelsen af kropsvæsker, derefter et mekanisk ur, derefter et elektrisk kredsløb. I dag ser vi den som en meget kraftfuld computer drevet af elektriske signaler, hvor hver neuron er en slags biologisk transistor.
I praksis forklarer ingen af disse teorier, inklusive “den biologiske computer”, fuldt ud, hvordan hjernen fungerer.
For eksempel fungerer hjernens beregningskapacitet på kun 12-25 watt elektrisk strøm, knap nok til at drive en LED-lyspære. Til sammenligning forbruger kun én AI-chip fra Nvidia (NVDA ) 250-700W for meget mindre “tænkning” kapacitet.
Det er også uklart, om “mere regnekraft” faktisk er svaret på at generere komplekse tanker og abstrakt ræsonnement, der går ud over blot at gætte som LLM’er (Large Language Models) gør i dag.
Dette er grunden til, at andre teorier er blevet foreslået, især at kvanteeffekter er ansvarlige for fremkomsten af bevidsthed.
Er hjernen kvantemekanisk?
Penrose’s støtte
Der findes en teori kaldet “kvantebevidsthed”, som fastslår, at hjernefunktioner og bevidsthed stammer fra kvanteeffekter som kollaps af den kvantemekaniske bølgefunktion.
Dette er en mærkelig del af kvantefysikken, hvor partikler går fra en tilstand med samtidige egenskaber til en mere “normal” tilstand, hvor de har én defineret karakteristik. Den er især blevet populærgjort af konceptet Schrödingers kat.
Kilde: Wikipedia
Den kvantebevidsthedsteori er blevet fremmet af Sir Roger Penrose, en berømt fysiker som vandt Nobelprisen i fysik i 2020 for sit arbejde inden for astrofysik og den matematiske modellering af sorte huller.
Kilde: Nobelprisen
Selvom han måske er uden for sit umiddelbare ekspertiseområde, gav Penroses ry som verdensklassegeni noget opmærksomhed til denne idé.
Microtubules Beregninger
Penroses teori fokuserer på strukturer i neuroner kaldet mikrotubuli, som udgør cellernes “skelet”. Disse strukturer er essentielle for at udføre beregninger, der i sidste ende resulterer i bevidsthed. Ideen blev først offentliggjort i 1996.
Denne teori ville også forklare, hvordan generel bedøvelse virker, et spørgsmål der stadig er åbent trods næsten et århundrede i brug. Den ville virke ved at forstyrre kvanteeffekten i tubulinet, blokere bevidsthed men ikke ubevidst hjerneaktivitet.
Du kan også se Sir Penrose forklare sin teori selv i denne 42‑minutters video:
Kritik
Ideen om kvantecomputing i hjernen er blevet straks kritiseret af en stor del af det videnskabelige samfund. Hovedproblemet er, at kvanteindfiltring og kollaps af den kvantemekaniske bølgefunktion kun kan observeres i meget specielle miljøer, generelt med rene elementer, vakuum og/eller meget lave temperaturer, ofte kun få grader over det absolutte nulpunkt.
Dette er også den type betingelser, der i øjeblikket kræves for kvantecomputere, som vi beskrev i vores artikel om emnet: “The Current State of Quantum Computing ”.
En organisk hjerne ville være for varm og for kompleks som medium til at udføre nogen kvanteberegning.
En række kvanteopdagelser i hjernen
Ideen om, at ingen kvantefænomener kunne forekomme i den rodet kontekst af organisk materiale, bliver i stigende grad udfordret.
Vi mistænker allerede, at fuglenes magnetiske sans, som gør dem i stand til at lokalisere nord og migrere, er forbundet med en sådan kvanteeffekt.
When these radicals eventually react, the outcome will depend on the strength and orientation of the magnetic field. The thinking is that the bird is sensitive to this in a way that allows it to tell north from south. The process is highly quantum as the radical pair electrons are entangled, which means that they act as a single quantum object, even though they are some distance apart.
Musser, ”Radical consciousness theory?”
Nylige målinger
I 2022 syntes et eksperiment at have demonstreret, at kvantiske signaler i hjernen korrelerer med “heartbeat‑evoked potentials” (HEPs). Dette kunne vise, at kvanteindfiltring er mulig i en menneskekrop.
(Quantum entanglement er når 2 partikler er parret sammen, og kan “kommunikere” med hinanden, selv uden et signal og hurtigere end lysets hastighed).
Senere, i april 2024, gav en ny indsigt i hjernen at mindst en del af kvanteeffekten kan eksistere i neuroner, hvor de tidligere blev anset for umulige.
Mer præcist er det et fænomen kaldet superradiance. I en publikation med titlen “Ultraviolet Superradiance from Mega‑Networks of Tryptophan in Biological Architectures” demonstrerer de, at store strukturer bygget af aminosyren tryptofan, som neuroners tubulin, kan udvise superradiance.
Kilde: ACS Publication
En sådan visning af stabile kvanteeffekter fra mikron‑skala strukturer er hidtil uset, især for materialer så komplekse og “støjende” som biologiske molekyler i levende celler.
Måske endda videre, nogle videnskabsfolk foreslår, at minder i organiske hjerner skabes gennem et holografisk system ved brug af superradiance.
Er hjernen så en kvante‑supercomputer?
Det er alt for tidligt at sige med sikkerhed. Dog har opdagelsen af superradiance i tubulin svækket det primære argument om, at kvanteeffekter ikke kan fungere i neuronernes understrukturer betydeligt.
Der er stadig et stort hul fra denne observation til at demonstrere, at bevidsthed er resultatet af “gravitation‑induceret kollaps af den kvantemekaniske bølgefunktion”, ifølge Penroses teori. Alligevel antyder den seneste opdagelse, at neuroner kunne overføre information via optiske signaler, som optiske fibre.
Dette ville erstatte den mere almindeligt forståede idé om, at neuronale signaler involverer ioner, der bevæger sig over membraner fra den ene ende af neuronet til den anden.
Superradiance er et ekstremt hurtigt fænomen, der forekommer i picosekund‑området (en milliardtedel af et millisekund). Dette ville gøre ethvert signal, der transmitteres gennem denne effekt, hundredevis af millioner af gange hurtigere end rene kemiske processer kunne tillade.
Anvendelser
Neurodegenerative sygdomme
Selvom det er fascinerende, er det måske ikke indlysende, hvad den direkte anvendelse af en sådan opdagelse er.
En mulighed kunne være at hjælpe med at forstå og forebygge neurodegenerative sygdomme som Alzheimers.
Alzheimer’s har været forbundet med høje grader af oxidativt stress—når kroppen bærer et stort antal frie radikaler, som kan udsende skadelige, høj‑energi UV‑lyspartikler.
Tryptofan kan absorbere dette ultraviolet lys og genudsende det ved en lavere, sikrere energi. Og, som denne undersøgelse fandt, kan meget store tryptofan‑netværk gøre dette endnu mere effektivt og robust på grund af deres kraftfulde kvanteeffekter.
Kilde: The Quantum Insider
Dette er ikke en helt ny teori, med mikrotubuli hypoteseret at være involveret i Alzheimers siden 1989. Det er kendt, at tau‑protein løsner sig fra mikrotubuli og klæber til andre tau‑molekyler i sygdommen, hvilket danner tråde, der til sidst samles til fibriller inde i neuroner.
Kvantecomputing
Demonstrationen af en kvanteeffekt, der overlever i et rodet miljø, udfordrer alt, hvad vi troede, vi vidste om disse fænomener.
Det kan have stor betydning for det fremvoksende felt inden for kvantecomputing. Den største hindring for at udvikle kvantecomputere er at holde kvanteeffekten i live i stedet for at den kollapser til “normal” materie.
Indtil nu har den eneste strategi været at skabe et ultrakoldt specialmiljø til lagring af qubiten. Dette er både en teknisk udfordring og meget energikrævende, hvilket øger kompleksiteten og prisen på denne type beregning.
“Disse nye resultater vil være af interesse for det store fællesskab af forskere inden for åbne kvantesystemer og kvanteberegning, fordi de teoretiske metoder, der anvendes i denne undersøgelse, er bredt anvendt i disse felter til at forstå komplekse kvantenetværk i støjende miljøer”
Pr. Nicolò Defenu – Federal Institute of Technology (ETH) Zürich i Schweiz
Dette åbner vejen for mere effektive og måske mere stabile og mindre energikrævende processer for fremtidige generationer af kvantecomputere.
En anden mulighed kunne være at udnytte superradiance, som nu er demonstreret som et langt mere robust fænomen end tidligere antaget.
“Single‑photon superradiance promises to yield new tools for storing quantum information, and this work showcases its effects in a totally new and different context.
We will certainly be examining closely the implications for quantum effects in living systems for years to come.”
Så, ikke kun kunne selve beregningen en dag baseres på mikron‑skala kvanteeffekter, men hukommelse/informationslagring kunne også bruge superradiance.
Biologiske computere
Endelig, hvis neuroner faktisk kan udføre en form for kvantecomputing, kunne dette ændre potentialet for cerebrale organoider. Disse er kunstigt dyrkede hjernevæv, der i øjeblikket bruges til biotek‑forskning på neurodegenerative sygdomme og hjernen generelt.
Organoider kunne bruges til at skabe biologiske chip‑processorer, som ville være langt mere energieffektive end silicium‑baserede chips. Med AI forudsagt at forbruge en stigende del af vores globale energiforsyning, kan dette blive nødvendigt hurtigere end forventet.
Vi udforskede fremskridtene inden for cerebrale organoid‑teknologi i vores artikel “Meaningful Steps Toward Organoid Intelligence Being Taken.”
Investering i kvantehjernen
Som en idé på den aller yderste kant af videnskaben er der i øjeblikket ingen direkte anvendelse af disse opdagelser. Dog er kvantecomputing‑ og cerebrale‑organoid‑relaterede virksomheder tilgængelige for investorer.
Du kan investere i kvante‑relaterede virksomheder gennem mange mæglere, og du kan finde her, på securities.io, vores anbefalinger for de bedste mæglere i USA, Canada, Australien, UK, såvel som mange andre lande.
Hvis du ikke er interesseret i at vælge specifikke kvantecomputing‑virksomheder, kan du også kigge på kvante‑computing‑ETF’er som Defiance Quantum ETF (QTUM) som vil give en mere diversificeret eksponering til at kapitalisere på kvantecomputing‑industrien. Eller du kan læse vores artikel om “5 Best Quantum Computing Companies”.
Quantum & Neural Computing Companies
1. Intel
INTL Prisdiagram
Intel (INTC ) er en stor chipproducent og ser ud til at udnytte denne styrke i kvantecomputing‑arenaen.
De udgav for nylig “Tunnel Falls”, den “ mest avancerede silicium‑spin‑qubit‑chip”. Det bemærkelsesværdige er, at den ikke er en prototype, men en chip bygget i skala, med en udbyttegrad på 95 % på tværs af waferen og spændingsuniformitet. Dette åbner vejen for masseproduktion af kvante‑computing‑chips, noget der indtil nu har været svært i en spirende og hurtigt forandrende industri.
Kilde: Intel
Trofast på sine rødder udvikler Intel også software til at udnytte sine chips, med udgivelsen af Intel Quantum SDK. Dette giver retningslinjer for programmører til at udvikle software til kvantecomputing, kompatibel med Intels kvantechip‑design, som historisk har været en meget stærk & profitabel forretningsmæssig fæstning for Intels konventionelle chip‑forretning.
Kilde: Intel
Ankomsten af skalerbar kvante‑chip‑produktion kan blive så revolutionerende for branchen som enhver anden mere teknisk videnskabelig gennembrud, sænke omkostningerne og etablere fælles programmeringsstandarder og chip‑arkitekturer.
Intel er et firma, der fra erfaring ved, hvor stærk en kraft dette kan være i computerindustrien. Det rider stadig på halen af sine innovationer og tilknyttede patenter fra 1960‑erne og frem.
2. BICO Group AB (BICO.ST)
En måde at studere hjernen og nerver på er at bruge cerebrale organoider. Disse kunstigt skabte mini‑hjerner kan i et laboratorium efterligne neuronernes reaktion på potentielle terapier, hvilket hjælper forskere med at finde behandling for den fulde, rigtige hjerne.
Vi diskuterede i mere detaljeret, hvordan det fungerer, og de seneste udviklinger på området i “Meaningful Steps Toward Organoid Intelligence Being Taken.”
For nylig, blev meget mere komplekse cerebrale organoider 3D‑printet af forskere ved University of Wisconsin–Madison. De gjorde det med en Cellink bioprinter, hvilket åbner nye muligheder for denne maskine i neuroforsknings‑området.
Kilde: Cellink
I 2021 blev Cellink omdøbt til BICO Group efter opkøbet af Cytena i 2019 og Scienion i 2020.
Cellink er stadig mærkenavnet for bioprint‑delen af forretningen. Ideen er at gen‑bruge 3D‑print‑metoder til at skabe on‑demand 3D‑væv eller organer. (Du kan læse en diskussion om dette emne i “3D Printing Human Organs – How Realistic Is It?”).
Bioprinting repræsenterer omkring 1/5th af forretningen, mens bioscience‑automatiseringssegmentet udgør mere end 3/5th af omsætningen.
Kilde: BICO Group AB
Selvom de ikke er alene på området, er Cellink tydeligt en meget avanceret producent af bioprint‑udstyr. Pr. Zhang’s præstation med disse maskiner viser deres potentiale i neurologisk forskning, et felt der i øjeblikket ikke rigtig bruger bioprintning.
På længere sigt vil bioprint‑virksomheder sandsynligvis udvikle sig fra at levere værktøjer til forskere til at blive leverandører af farmaceutiske virksomheders bioprint‑terapier til patienter. Dette vil igen fuldstændigt ændre antallet af bioprintere i brug og, vigtigere, volumen af forbrugsstoffer solgt hver måned.
Dette er den samme proces, der foregik for andre biolab‑udstyrsproducenter, inklusive genom‑sekventeringsmaskiner fra PacBio (PACB) og Illumina (ILMN), som ender med at tjene 80 % af deres omsætning på tilbagevendende salg af forbrugsstoffer.
Hvis forskning i cerebrale organoider får et aggressivt skub på grund af deres potentiale i computing‑ og kvantefysik‑forskning, kan det være meget gavnligt for virksomheder, der producerer dem, som Cellink/BICO.
3. Final Spark
Grundlagt af Martin Kutter og Fred Jordan i 2014 og baseret i Schweiz, fremmer Final Spark biologiske chip‑processorer, som forbruger meget mindre energi (1 milliard gange mere effektivt end silicium‑chips).
Som startup’en påstår, har den allerede testet 10 millioner neuroner i deres bestræbelse på at bygge tænkende maskiner fra levende menneskelige neuroner afledt af hud.
Startup’en udnytter sofistikerede celle‑kultiveringsteknikker for at demonstrere evnen til selv‑bærende beregning til fremtidige AI‑modeller.
Final Spark tilbyder nu adgang til sin biocomputing‑kapacitet via skyen. Deres Neuroplatform er tilgængelig for forskningsinstitutioner til en månedlig pris på $500 pr. bruger.
