Computing
Quantum ba ang Utak? Mga Bagong Pagsusuri Sinasabi na Maaaring Ito ay
Ang Utak Bilang Isang Orasan o Kompyuter?
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 through various analogies, usually using the most advanced technology of the time.
Ang mga sinaunang Griyego ay nakita ito bilang isang water clock. Ang mga sumunod na palaisip ay naniwala na ito ay pinapagana ng paggalaw ng mga likido sa katawan, pagkatapos ay isang mekanikal na orasan, pagkatapos ay isang electric circuit. Ngayon, tinitingnan natin ito bilang isang napakalakas na kompyuter na pinapagana ng mga electric signal, kung saan ang bawat neuron ay parang isang biological transistor.
Sa praktika, wala sa mga paliwanag na ito, kasama na ang “biological computer,” ang ganap na nakakaipaliwanag kung paano gumagana ang utak.
Halimbawa, ang kakayahang magkompyut ng utak ay gumagamit lamang ng 12-25 watts na elektrikal na kapangyarihan, halos sapat lamang para patakbuhin ang isang LED na ilaw. Sa kabilang banda, isang AI chip mula sa Nvidia ay kumokonsumo ng 250-700W para sa mas kaunting “pag-iisip” na kapasidad.
Hindi rin malinaw kung ang “mas maraming kapangyarihan sa pagkompyut” nga ba ang sagot sa pagbuo ng kumplikadong pag-iisip at abstraktong pangangatwiran upang lumagpas sa simpleng paghula tulad ng ginagawa ng mga LLM (Large Language Models) sa kasalukuyan.
Kaya’t may mga ibang teorya na iminungkahi, partikular na ang mga quantum effect ang responsable sa pag-usbong ng kamalayan.
Quantum ba ang Utak?
Suporta ni Penrose
There is a theory dubbed “quantum consciousness,” which stipulates that brain functions and consciousness are derived from quantum effects like the collapse of the quantum wavefunction.
Mayroong teoryang tinatawag na “quantum consciousness,” na nagsasaad na ang mga pag-andar ng utak at kamalayan ay nagmumula sa mga quantum effect tulad ng pag-collapse ng quantum wavefunction.
This is a strange part of quantum physics, where particles go from a state of simultaneous properties to a more “normal” state where they have one defined characteristic. It has notably been popularized by the concept of Schrödinger’s cat.
Pinagmulan: Wikipedia
The quantum consciousness theory has been championed by Sir Roger Penrose, a famous physicist who won the Nobel Prize In Physics in 2020, for his work in astrophysics and the mathematical modeling of black holes.
Pinagmulan: Nobel Prize
Habang hindi siya nasa kanyang pangunahing larangan ng kadalubhasaan, ang reputasyon ni Penrose bilang isang world-class na henyo ay nagbigay ng pansin sa ideyang ito.
Kalkulasyon ng Microtubules
Ang teorya ni Penrose ay nakasentro sa mga estruktura sa mga neuron na tinatawag na microtubules, na bumubuo ng “skeletong” ng mga selula. Ang mga estrukturang ito ay mahalaga sa pagsasagawa ng mga kalkulasyon na sa huli ay nagreresulta sa kamalayan. Ang ideyang ito ay first published in 1996.
Ang teoryang ito ay maaari ring ipaliwanag kung paano gumagana ang pangkalahatang anestisya, isang tanong na nananatiling bukas kahit halos isang siglo na ang paggamit. Ito ay gagana sa pamamagitan ng paghadlang sa quantum effect sa tubulin, na humaharang sa kamalayan ngunit hindi sa hindi kamalayan na aktibidad ng utak.
Maaari mo ring panoorin si Sir Penrose na ipinaliwanag ang kanyang teorya mismo sa 42-minutong video:
Kritika
Ang ideya ng quantum computing na nagaganap sa utak ay agad na kinritiko ng malaking bahagi ng komunidad pang-agham. Ang pangunahing problema ay ang quantum entanglement at pag-collapse ng quantum wavefunction ay maaaring obserbahan lamang sa napaka-espesyal na kapaligiran, karaniwang may mga purong elemento, vacuum, at/o napakababang temperatura, madalas ilang antas lamang sa itaas ng absolute zero.
Ito rin ang uri ng mga kondisyon na kasalukuyang kinakailangan para sa mga quantum computer, tulad ng aming inilarawan sa aming artikulo tungkol sa paksa: “The Current State of Quantum Computing”.
Ang isang organikong utak ay magiging masyadong mainit at masyadong kumplikadong medium upang magsagawa ng anumang quantum na kalkulasyon.
Isang Sunod-sunod ng mga Quantum na Diskubre sa Utak
Ang ideya na walang quantum phenomenon ang maaaring maganap sa magulong konteksto ng organikong materya ay patuloy na kinukwestyon.
Hindi pa man natin alam, pinaghihinalaan na ang magnetic sense ng mga ibon, na nagbibigay-daan sa kanila na matukoy ang hilaga at mag-migrate, ay konektado sa ganitong quantum effect.
Kapag ang mga radical na ito ay nag-react, ang kinalabasan ay depende sa lakas at orientasyon ng magnetic field. Ang pag-iisip ay na ang ibon ay sensitibo dito sa paraang nagbibigay-daan upang matukoy nito ang hilaga mula sa timog. Ang proseso ay lubos na quantum dahil ang mga electron ng radical pair ay entangled, na nangangahulugang kumikilos sila bilang isang solong quantum na bagay, kahit na sila ay medyo magkalayo.
Musser, ”Radical consciousness theory?”
Kamakailang Sukat
Noong 2022, isang eksperimento ang tila nagpakita na ang mga quantic signal sa utak ay may kaugnayan sa “heartbeat-evoked potentials” (HEPs). Ito ay maaaring magpatunay na ang quantum entanglement ay posible sa katawan ng tao.
Mas kamakailan, noong Abril 2024, isang bagong pananaw sa utak ang nagpakita na kahit ilang quantum effect ay maaaring umiral sa mga neuron, kung saan dati ay inakalang imposible.
Mas tiyak, ito ay isang phenomenon na tinatawag na superradiance. Sa isang publikasyon na pinamagatang “Ultraviolet Superradiance from Mega-Networks of Tryptophan in Biological Architectures”, kanilang ipinakita na ang malalaking estruktura na gawa sa amino acid na tryptophan, tulad ng tubulin ng mga neuron, ay maaaring magpakita ng superradiance.
Pinagmulan: ACS Publication
Ang ganitong pagpapakita ng matatag na quantum effect mula sa micron-scale na mga estruktura ay walang katulad, lalo na para sa mga materyales na kasing komplikado at “maingay” tulad ng mga biyolohikal na molekula sa buhay na selula.
Maaaring mas lalong umusad, ilang siyentipiko ang nagmumungkahi na ang mga alaala sa organikong utak ay nilikha sa pamamagitan ng isang holographic system na gumagamit ng superradiance.
Kaya ba ang Utak ay Isang Quantum Supercomputer?
Hindi pa sapat ang panahon upang tiyak na masabi. Gayunpaman, sa pagtuklas ng superradiance sa tubulin, ang pangunahing argumento na ang mga quantum effect ay hindi maaaring gumana sa mga subestruktura ng neuron ay lubos na napahina.
Mayroon pa ring malaking agwat mula sa obserbasyong ito hanggang sa pagpapakita na ang kamalayan ay resulta ng “gravity-induced collapse of the quantum wavefunction”, ayon sa teorya ni Penrose. Gayunpaman, ang pinakabagong tuklas ay nagpapahiwatig na ang mga neuron ay maaaring magpadala ng impormasyon sa pamamagitan ng optical signals, katulad ng mga optic fiber.
Papaltan nito ang mas karaniwang naiintindihan na ideya na ang neuronal signaling ay kinabibilangan ng paggalaw ng mga ion sa mga membrane mula sa isang dulo ng neuron patungo sa kabila.
Ang superradiance ay isang napakabilis na phenomenon na nangyayari sa saklaw ng picoseconds (isang bilyong bahagi ng millisecond). Ito ay magpapabilis ng anumang signal na ipinapadala sa pamamagitan ng effect na ito ng daan-daang milyong beses kaysa sa mga kemikal na proseso lamang.
Mga Aplikasyon
Mga Neurodegenerative na Sakit
Bagaman kamangha-mangha, maaaring hindi agad malinaw kung ano ang direktang aplikasyon ng ganitong tuklas.
Maaaring makatulong ito upang maunawaan at mapigilan ang mga neurodegenerative na sakit tulad ng Alzheimer’s.
Ang Alzheimer’s ay kaugnay ng mataas na antas ng oxidative stress—kapag ang katawan ay may maraming free radicals, na maaaring maglabas ng nakakasirang, mataas na enerhiyang UV na particle.
Ang tryptophan ay maaaring sumipsip ng ultraviolet na liwanag na ito at muling maglabas ito sa mas mababa, mas ligtas na enerhiya. At, ayon sa pag-aaral na ito, ang napakalaking mga network ng tryptophan ay maaaring gawin ito nang mas epektibo at matatag dahil sa kanilang makapangyarihang quantum effect.
Pinagmulan: The Quantum Insider
Hindi ito talaga isang bagong teorya, kung saan ang microtubules ay inihalal na sangkot sa Alzheimer’s mula pa noong 1989. Alam na ang tau protein ay humihiwalay mula sa microtubules at kumakapit sa ibang tau molecules sa sakit, na bumubuo ng mga thread na sa huli ay nagsasama upang bumuo ng mga tangle sa loob ng mga neuron.
Quantum Computing
Ang pagpapakita ng quantum effect na nagtatagal sa magulong kapaligiran ay hinahamon ang lahat ng ating nalalaman tungkol sa mga phenomenon na ito.
Maaaring ito ay may malaking kahalagahan para sa umuusbong na larangan ng quantum computing. Ang pangunahing hadlang sa pag-develop ng mga quantum computer ay ang pagpapanatili ng quantum effect na hindi mag-collapse sa “normal” na materya.
Hanggang ngayon, ang tanging estratehiya ay lumikha ng ultra-cold na espesyal na kapaligiran para sa pag-imbak ng qubit. Ito ay parehong teknikal na hamon at napaka-enerhiya, na nagpapataas ng komplikasyon at presyo ng ganitong uri ng kompyutasyon.
Ang mga bagong resulta na ito ay magiging kawili-wili para sa malaking komunidad ng mga mananaliksik sa open quantum systems at quantum computation dahil ang mga teoretikal na pamamaraan na ginamit sa pag-aaral na ito ay malawak na ginagamit sa mga larangang iyon upang maunawaan ang kumplikadong quantum networks sa maingay na kapaligiran
Pr. Nicolò Defenu – Federal Institute of Technology (ETH) Zurich sa Switzerland
Nagbubukas ito ng daan para sa mas epektibo at marahil mas matatag at mas kaunting enerhiya na proseso para sa mga susunod na henerasyon ng quantum computers.
Isa pang opsyon ay ang paggamit ng superradiance, na ngayon ay napatunayan na mas matibay na phenomenon kaysa dati.
“Ang single-photon superradiance ay nangangakong magbigay ng mga bagong kasangkapan para sa pag-iimbak ng quantum information, at ang gawaing ito ay nagpapakita ng mga epekto nito sa isang ganap na bago at ibang konteksto.
Tiyak naming susuriin nang mabuti ang mga implikasyon para sa mga quantum effect sa mga buhay na sistema sa mga darating na taon.
Marlan Scully – Laser pioneer at theoretical quantum optics physicist
Kaya, hindi lamang ang kompyutasyon mismo ay maaaring umasa sa micron-scale na quantum effect balang araw, kundi pati ang pag-iimbak ng memorya/o impormasyon ay maaaring gumamit ng superradiance.
Biolohikal na mga Kompyuter
Panghuli, kung ang mga neuron ay tunay na kayang magsagawa ng anumang uri ng quantum computing, maaaring mabago nito ang potensyal ng cerebral organoids. Ang mga ito ay artipisyal na pinalaking tisyu ng utak na kasalukuyang ginagamit para sa pananaliksik sa biotech tungkol sa mga neurodegenerative na sakit at sa utak sa pangkalahatan.
Maaaring gamitin ang organoids upang lumikha ng mga biological chip processor, na magiging mas energy-efficient kaysa sa mga silicon-based na chip. Sa pag-asa na ang AI ay kakonsumo ng lumalaking bahagi ng ating pandaigdigang suplay ng enerhiya, maaaring ito ay maging kinakailangan nang mas maaga kaysa sa inaasahan.
Inilathala namin ang pag-usad ng teknolohiya ng cerebral organoid sa aming artikulo na “Meaningful Steps Toward Organoid Intelligence Being Taken.”
Pamumuhunan sa Quantum Brain
Bilang isang ideya na nasa pinakailalim ng agham, kasalukuyang walang direktang aplikasyon ang mga tuklas na ito. Gayunpaman, may mga kumpanya na may kaugnayan sa quantum computing at cerebral organoids na maaaring pag-invest-an.
Maaari kang mag-invest sa mga kumpanyang may kaugnayan sa quantum sa pamamagitan ng maraming broker, at dito, sa securities.io, matatagpuan mo ang aming mga rekomendasyon para sa pinakamahusay na mga broker sa USA, Canada, Australia, UK, at pati na rin sa maraming ibang bansa.
Kung hindi ka interesado sa pagpili ng partikular na mga kumpanya ng quantum computing, maaari ka ring tumingin sa mga quantum computing ETF tulad ng Defiance Quantum ETF (QTUM) na magbibigay ng mas diversified na exposure upang makinabang sa industriya ng quantum computing. O maaari mong tingnan ang aming artikulo tungkol sa “5 Best Quantum Computing Companies”.
Quantum at Neural Computing Companies
1. Intel
(INTL )
Ang Intel ay isang pangunahing tagagawa ng chip at tila layuning gamitin ang lakas na ito sa larangan ng quantum computing.
Kamakailan nitong inilabas ang “Tunnel Falls”, ang “pinaka-advanced na silicon spin qubit chip”. Ang kahanga-hanga ay hindi ito isang prototype kundi isang chip na ginawa sa sukat, na may 95% yield rate sa buong wafer at pagkakapare-pareho ng boltahe. Binubuksan nito ang daan para sa mass production ng mga quantum computing chip, isang bagay na ngayon ay mahirap makamit sa isang umuusbong at mabilis na nagbabagong industriya.
Pinagmulan: Intel
Tapat sa kanyang pinagmulan, ang Intel ay nagde-develop din ng software upang magamit ang kanilang mga chip, sa paglulunsad ng Intel Quantum SDK. Ito ay nagbibigay ng gabay para sa mga programmer na bumuo ng software para sa quantum computing na compatible sa disenyo ng Intel quantum chip, na historically ay isang napakalakas at kumikitang business moat para sa tradisyunal na chip business ng Intel.
Pinagmulan: Intel
Ang pagdating ng scalable quantum chip manufacturing ay maaaring maging kasing-rebolusyonaryo para sa industriya tulad ng anumang iba pang teknikal na siyentipikong breakthrough, na magpapababa ng gastos, at magtatakda ng karaniwang pamantayan sa programming at arkitektura ng chip.
Ang Intel ay isang kumpanya na batid mula sa karanasan kung gaano kalakas ang puwersang ito sa industriya ng kompyutasyon. Patuloy pa rin itong sumasabay sa buntot ng mga inobasyon at kaugnay na patents mula pa noong 1960s.
2. BICO Group AB (BICO.ST)
Isang paraan upang pag-aralan ang utak at mga nerbiyos ay ang paggamit ng cerebral organoids. Ang mga artipisyal na nilikhang mini-brain na ito ay maaaring gamitin upang gayahin sa laboratoryo ang reaksyon ng mga neuron sa posibleng mga therapy, na tumutulong sa mga mananaliksik na makahanap ng paggamot para sa buong tunay na utak.
Tinalakay namin nang mas detalyado kung paano ito gumagana at ang pinakabagong pag-unlad sa larangang ito sa “Meaningful Steps Toward Organoid Intelligence Being Taken.”
Kamakailan, mas masalimuot na cerebral organoids ang na-3D print ng mga mananaliksik sa University of Wisconsin–Madison. Ginawa nila ito gamit ang isang Cellink bioprinter, na nagbubukas ng bagong potensyal para sa makinang ito sa pananaliksik sa neuroscience.
Pinagmulan: Cellink
Noong 2021, ang Cellink ay pinalitan ng pangalang BICO Group, kasunod ng pagkuha nito ng Cytena noong 2019 at Scienion noong 2020.
Ang Cellink ay nananatiling pangalan ng tatak para sa bahagi ng negosyo na nag-aalok ng bioprinting. Ito ay ideya na muling gamitin ang mga 3D printing na pamamaraan upang lumikha ng on-demand na 3D na tisyu o organo. (Maari mong basahin ang talakayan tungkol sa paksang ito sa “3D Printing Human Organs – How Realistic Is It?”).
Bioprinting ay kumakatawan sa halos 1/5th ng negosyo, kung saan ang bioscience automation segment ay gumagawa ng higit sa 3/5th ng kita.
Pinagmulan: BICO Group AB
Bagaman hindi nag-iisa sa larangan, malinaw na ang Cellink ay isang napaka-advanced na tagagawa ng kagamitan para sa bioprinting. Ang tagumpay ni Pr Zhang gamit ang mga makinang ito ay nagpapakita ng kanilang potensyal sa pananaliksik sa neurology, isang larangan na hindi pa talaga gumagamit ng bioprinting sa kasalukuyan.
Sa pangmatagalan, malamang na ang mga kumpanya ng bioprinting ay magbabago mula sa pagbibigay ng mga kasangkapan sa mga mananaliksik patungo sa pagiging supplier ng mga bioprinting therapy ng mga pharmaceutical company para sa mga pasyente. Ito ay magbabago nang lubusan sa bilang ng mga bioprinter na ginagamit at, higit sa lahat, sa dami ng mga consumable na nabebenta bawat buwan.
Ito ay kaparehong proseso na nangyari sa ibang mga tagagawa ng kagamitan sa biolab, kabilang ang mga genome sequencing machine mula sa PacBio (PACB) at Illumina (ILMN), na nagtatapos sa paggawa ng 80% ng kanilang kita mula sa paulit-ulit na benta ng consumables.
Kung ang pananaliksik sa cerebral organoid ay bibigyan ng agresibong pagtulak dahil sa potensyal nito sa kompyutasyon at pananaliksik sa quantum physics, maaaring maging napaka-kapaki-pakinabang ito para sa mga kumpanyang kasangkot sa paggawa nito, tulad ng Cellink/BICO.
3. Final Spark
Itinatag nina Martin Kutter at Fred Jordan noong 2014 at nakabase sa Switzerland, ang Final Spark ay nagtataguyod ng mga biological chip processor na kumokonsumo ng napakakaunting enerhiya (1 bilyong beses na mas epektibo kaysa sa silicon chips).
Bilang ang startup ay nag-aangkin, nasubukan na nito ang 10 milyong neuron sa pagsisikap nitong bumuo ng mga makinang nag-iisip mula sa buhay na human neuron na nagmula sa balat.
Ang startup ay gumagamit ng sopistikadong mga teknik sa cell-culturing upang ipakita ang kakayahang self-sustaining computing para sa paglikha ng mga hinaharap na modelo ng AI.
Ang Final Spark ay ngayon nag-aalok ng access sa kanilang biocomputing capacity sa pamamagitan ng cloud. Ang kanilang Neuroplatform ay magagamit ng mga institusyong pananaliksik sa halagang $500 kada buwan bawat user.
