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?
Bevidsthed, komplekse tanker og hjernens funktion er endnu ikke fuldt forstået. Gennem historien har man forsøgt at beskrive sindet 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.
Hjernen bruger omkring 20 watt metabolisk energi, men er ikke et elektrisk apparat på samme måde som en chip. Nvidia (NVDA ) fremstiller acceleratorer med forskelligt strømforbrug. En sammenligning af watt alene siger ikke, hvilket system der har størst tænkeevne.
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?
Penroses hypotese
Nogle hypoteser forbinder bevidsthed med særlige kvanteprocesser. En af dem er Orch OR, udviklet af Roger Penrose og Stuart Hameroff. Den er ikke en etableret forklaring på bevidsthed.
En kvantetilstand kan være en superposition af mulige måleresultater. Hvordan måling skal fortolkes, er et særskilt grundlæggende spørgsmål. Et kendt tankeeksperiment er 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.
Beregninger i mikrotubuli?
Orch OR-hypotesen foreslår, at kvanteprocesser i mikrotubuli bidrager til bevidsthed. Mikrotubuli er dele af cellens cytoskelet, men deres rolle som bevidsthedsskabende kvantecomputere er ikke påvist. Hypotesen blev først offentliggjort i 1996.
Hypotesen forsøger også at forklare generel anæstesi ved påvirkning af foreslåede kvanteprocesser i tubulin. Det er en hypotese, ikke en fastslået virkningsmekanisme for alle bedøvelsesmidler.
Du kan også se Sir Penrose forklare sin teori selv i denne 42‑minutters video:
Kritik
En vigtig indvending er, om de relevante kvantetilstande kan bevare sammenhængen længe nok i en varm og støjende hjerne. Kvantefænomener forekommer dog også ved almindelige temperaturer; det er forkert, at de kun kan observeres i vakuum eller tæt på det absolutte nulpunkt.
Forskellige kvantecomputerteknologier kræver forskellige driftsbetingelser, som vi beskriver i “Den aktuelle udvikling inden for kvantecomputere ”.
Det afgørende er derfor at påvise bestemte processer og deres funktion i hjernen, ikke blot at konstatere, at biologisk stof følger kvantemekanikkens love.
En række kvanteopdagelser i hjernen
Kvantebiologi undersøger kvantemekaniske mekanismer i biologiske systemer. En mulig mekanisme bag fugles magnetiske sans bygger eksempelvis på spin-afhængige reaktioner i radikalpar. Det er et andet spørgsmål end, om hjernen udfører kvanteberegninger.
I radikalparmodeller kan reaktionernes udfald afhænge af magnetfeltets retning og styrke. Det kan give en biologisk mekanisme til at registrere feltet. Spin-korrelationer i sådanne modeller er ikke i sig selv dokumentation for en kvantecomputer eller bevidsthedsmekanisme.
Nylige målinger
Et studie fra 2022 rapporterede usædvanlige MR-signaler, som forfatterne fortolkede som mulige tegn på kvanteprocesser knyttet til hjerneaktivitet. Fortolkningen kræver yderligere afprøvning og udgør ikke i sig selv en entydig demonstration af sammenfiltring eller kvantebevidsthed.
(Kvantesammenfiltring betyder, at et fælles kvantesystem har korrelationer, der ikke kan beskrives som uafhængige lokale tilstande. Det kan ikke bruges til at sende information hurtigere end lyset.)
Et arbejde offentliggjort i april 2024 undersøgte kollektive kvanteoptiske effekter i proteinstrukturer med tryptofan. Det påviste ikke, at neuroner udfører bevidst kvanteberegning.
Forskerne undersøgte et fænomen kaldet superstråling. Forskerne kombinerer i publikationen “Ultraviolet Superradiance from Mega‑Networks of Tryptophan in Biological Architectures” teoretiske beregninger med målinger af fluorescens i biologiske proteinstrukturer med tryptofan. Tryptofan er en aminosyre, mens tubulin er et protein, der indeholder aminosyrer.
Kilde: ACS Publication
Resultaterne er interessante for studiet af kollektive lys-stof-vekselvirkninger i biologiske strukturer. Målinger af fluorescens i prøver er dog ikke det samme som en direkte måling af informationsbehandling i en levende hjerne.
Måske endda videre, har enkelte forskere foreslået holografiske modeller for hukommelse, som inddrager superstråling.
Er hjernen så en kvante‑supercomputer?
Der er endnu ikke dokumentation for, at hjernen fungerer som en kvante-supercomputer. De nye resultater om tryptofan-netværk viser bestemte optiske egenskaber, ikke en fuld beregningsmekanisme.
Der er fortsat stor afstand mellem dette arbejde og Penroses foreslåede gravitationsbetingede kollapsmodel. Mulige biologiske funktioner for lys i proteinstrukturer skal undersøges særskilt.
Sådanne muligheder erstatter ikke den veldokumenterede signalering via ionkanaler, aktionspotentialer og synapser.
Et picosekund er en billiontedel af et sekund. Hurtige optiske processer betyder ikke automatisk, at hjernens samlede informationsbehandling foregår hundredvis af millioner gange hurtigere end kendt neural signalering.
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.
Oxidativt stress er forbundet med Alzheimers sygdom, men sammenhængen er kompleks. Forskerne undersøger, om tryptofan-netværks optiske egenskaber kan bidrage til beskyttelse mod energirig stråling.
Tryptofan kan absorbere ultraviolet lys og udsende lys med lavere energi. Studiet fandt forøget fluorescensudbytte i organiserede netværk. Det er ikke en dokumenteret behandling eller forebyggelse af Alzheimers sygdom.
Kilde: The Quantum Insider
Dette er ikke en helt ny teori, idet mikrotubuli siden 1989 er blevet undersøgt i forbindelse med Alzheimers sygdom. 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
Arbejdet kan bidrage til forståelsen af kvanteoptiske effekter i komplekse miljøer. Det ændrer ikke alle grundlæggende antagelser om kvantemekanik.
For kvantecomputere er præcis styring og bevarelse af relevante kvantetilstande vigtige udfordringer. Tab af kohærens er ikke det samme som, at stof bliver almindeligt eller ophører med at være kvantemekanisk.
Nogle platforme kræver ekstrem køling, mens andre bruger eksempelvis ioner, neutrale atomer eller fotoner med andre driftsbetingelser. Køling har aldrig været den eneste strategi til at realisere qubits.
“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”
Resultaterne kan inspirere fremtidig forskning i åbne kvantesystemer. Om de fører til praktiske, mere energieffektive computere, er fortsat uafklaret.
“Superstråling fra enkelte fotoner lover nye redskaber til lagring af kvanteinformation, og dette arbejde viser dens virkninger i en helt ny og anderledes sammenhæng.
Vi vil helt sikkert undersøge betydningen af kvanteeffekter i levende systemer nøje i de kommende år.”
Superstråling er dermed interessant for forskning i lys og kvanteinformation, men der er endnu ikke demonstreret en praktisk computer eller hukommelse baseret på de beskrevne biologiske strukturer.
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 undersøges som eksperimentelle biologiske beregningssystemer. Deres samlede ydeevne og energiforbrug, inklusive dyrkning og støtteudstyr, skal måles, før de kan sammenlignes med siliciumchips. 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 “Vigtige skridt mod organoidintelligens.”
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 “De fem bedste virksomheder inden for kvantecomputere”.
Virksomheder inden for kvantecomputere og neurale beregningssystemer
1. Intel
INTC 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”. Tunnel Falls er en forskningschip med 12 silicium-spin-qubits, som udnytter halvlederfremstilling. Et højt fremstillingsudbytte er ikke det samme som høj kvanteportfidelitet eller en færdig masseproduceret kvantecomputer.
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
Skalerbar fremstilling af kvantechips kan mindske omkostninger og støtte udviklingen af større systemer. Det kræver fortsat fremskridt inden for både komponenter, styring og fejlkorrektion.
Intel kan trække på sin erfaring med halvlederproduktion, men erfaringen alene garanterer ikke succes inden for kvantecomputere.
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 “Vigtige skridt mod organoidintelligens.”
For nylig, 3D-printede forskere ved University of Wisconsin–Madison funktionelt menneskeligt hjernevæv. Dette var printet neuralt væv, ikke en komplet hjerne. Forskerne brugte 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-printning af menneskelige organer – hvor realistisk er det?”).
Bioprinting udgjorde omkring en femtedel af forretningen, mens bioscience‑automatiseringssegmentet udgjorde mere end tre femtedele af omsætningen.
Kilde: BICO Group AB
CELLINK leverer bioprintudstyr til forskning. Professor Su-Chun Zhangs holds arbejde viser mulighederne for kontrolleret opbygning af neuralt væv, uden at det beviser kvanteberegning i organoider.
På længere sigt kan bioprint få flere anvendelser i lægemiddeludvikling og eventuelt behandling. Omfanget afhænger af videnskabelig dokumentation, regulering og kommerciel udvikling.
Dette er den samme proces, der foregik for andre biolab‑udstyrsproducenter, inklusive genom‑sekventeringsmaskiner fra PacBio (PACB) og Illumina (ILMN), hvor forbrugsstoffer er en vigtig kilde til tilbagevendende indtægter. Andelen varierer fra virksomhed til virksomhed og over tid.
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
FinalSpark blev grundlagt af Martin Kutter og Fred Jordan i 2014 og har base i Schweiz. Virksomheden forsker i biologisk beregning med dyrkede neuroner. Påstanden om en milliard gange højere energieffektivitet er ikke en dokumenteret sammenligning af komplette systemer med samme opgave.
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.
Virksomheden anvender celledyrkning og elektrofysiologi til at undersøge læring og signalbehandling i neurale kulturer, blandt andet med mulige fremtidige anvendelser inden for AI‑modeller.
FinalSpark tilbyder fjernadgang til sin eksperimentelle Neuroplatform til forskning. Prisen på 500 dollar pr. bruger om måneden var den angivne pris ved artiklens tilkomst; aktuelle vilkår kan ændre sig.
