Bilişim
Beyin Kuantum Bilgisayarı mı? Yeni İçgörüler Bunun Olabileceğini Söylüyor
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
Beyin Bir Saat mi Yoksa Bir Bilgisayar mı?
Bilinç, karmaşık düşünme ve beynin işleyişinin birçok ayrıntısı henüz tam olarak açıklanamamıştır. Tarih boyunca insan zihni, genellikle dönemin en gelişmiş teknolojisinden esinlenen çeşitli benzetmelerle anlatılmıştır.
Düşünürler beyni su saatine, vücut sıvılarının hareketine, mekanik saate ve elektrik devresine benzetmiştir. Günümüzde bilgisayar, nöronların biyolojik işlem birimlerine benzetildiği yaygın bir metafordur. Ancak bu benzetmeler beynin yalnızca bazı özelliklerini açıklar.
Pratikte, “biyolojik bilgisayar” dahil bu açıklamaların hiçbiri beynin nasıl çalıştığını tam olarak açıklamıyor.
Beynin metabolik enerji tüketimi yaklaşık 12–25 watt olarak tahmin edilir. Nvidia (NVDA ) tarafından üretilen bazı yapay zekâ hızlandırıcılarının elektriksel gücü ise 250–700 watt aralığındadır. Farklı görevleri yerine getiren bu sistemlerin «düşünme» kapasitesi yalnızca bu sayılardan karşılaştırılamaz.
Daha fazla hesaplama gücünün tek başına bilinç ve soyut düşünmeyi açıklamaya yeterli olup olmadığı belirsizdir. Büyük dil modellerinin yetenekleri ve sınırlılıkları da yalnızca «tahmin» sözcüğüyle bütünüyle açıklanamaz.
Bu nedenle, belirli kuantum etkilerinin bilince katkıda bulunabileceği gibi başka hipotezler önerilmiştir. Bu görüş henüz kanıtlanmış değildir.
Beyin Kuantum Mekaniksel Olarak mı Çalışıyor?
Penrose’un Desteği
«Kuantum bilinci» adı altında, bilinçle ilişkili süreçlerin dalga fonksiyonunun çökmesi gibi kuantum etkileriyle bağlantılı olduğunu öne süren hipotezler bulunur.
Dalga fonksiyonu olası durumların süperpozisyonunu tanımlayabilir; ölçümde ise belirli sonuçlar elde edilir. Bunun yorumlanmasındaki sorular genellikle Schrödinger’in kedisi düşünce deneyiyleaçıklanır.
Bu hipotezlerden birini savunan fizikçi Sir Roger Penrose, kara delik oluşumunun genel göreliliğin sağlam bir öngörüsü olduğunu gösterdiği için 2020 Nobel Fizik Ödülü’nü aldı.
Penrose’un bilimsel itibarı bu fikre ilgi çekti. Ancak Nobel Ödülü bilinç açıklamasına verilmedi ve hipotezin doğruluğunu kanıtlamaz.
Mikrotübüller ve Kuantum Hesaplama Hipotezi
Penrose ve Stuart Hameroff’un hipotezi, hücre iskeletinin bir parçası olan mikrotübüllere odaklanır. Bu yapılardaki kuantum süreçlerinin bilince katkıda bulunduğunu öne sürer; gerekli hesaplamaların burada yapıldığı kanıtlanmış değildir. Hipotezin önemli bir formülasyonu yayımlandı (1996).
Hipotezin savunucuları ayrıca genel anestezinin tübülin proteinindeki bazı kuantum süreçlerini etkileyebileceğiniöne sürer. Bu araştırılan bir yorumdur; anesteziklerin diğer bilinen etki mekanizmalarının yerine geçmiş bir açıklama değildir.
Penrose’un görüşlerini anlattığı yaklaşık 42 dakikalık videoyu da izleyebilirsiniz:
Eleştiriler
Beyinde kuantum hesaplama yapıldığı hipotezi geniş eleştiri almıştır. Temel sorulardan biri, sıcak ve karmaşık bir biyolojik ortamda gerekli kuantum tutarlılığının yeterince uzun süre nasıl korunabileceğidir. Birçok deney vakum veya çok düşük sıcaklık gibi kontrollü koşullar gerektirir; ancak bütün kuantum etkileri yalnızca bu koşullarda gözlenmez.
Bazı kuantum bilgisayar mimarileri de benzer kontrollü koşullara ihtiyaç duyar. Bunu «Kuantum Hesaplamanın Güncel Durumu » başlıklı yazımızda ele alıyoruz.
Eleştirmenlere göre beynin sıcaklığı ve çevreyle etkileşimleri, hesaplama için gerekli uzun süreli tutarlılığı zorlaştırabilir. Bu, biyolojik maddede her kuantum etkisinin imkânsız olduğu anlamına gelmez.
Biyolojik Sistemlerde Kuantum Etkileri
Biyolojik sistemlerde kuantum etkileri araştırılmaktadır. Örneklerden biri, kuşların manyetik pusulasına katkıda bulunabileceği düşünülen radikal çifti mekanizmasıdır.
Bu radikaller tepkimeye girdiğinde sonuç, manyetik alanın şiddetinden ve yönünden etkilenebilir. Hipoteze göre kuşlar bu etkiden yön bulmada yararlanır. Radikal çiftindeki elektronlar, aralarında belirli bir mesafe olsa da ortak bir kuantum sistemi olarak tanımlanır.
Musser, «Radikal bir bilinç teorisi mi?»
Son Ölçümler
2022’deki bir deneyde, kalp atımının uyardığı beyin potansiyelleriyle ilişkili MRI sinyalleri bildirildi. Araştırmacılar kuantum temelli bir yorum önerdi; ancak bu, bilinçten sorumlu dolanıklığın beyinde kesin olarak gösterildiği anlamına gelmez.
(Kuantum dolanıklığı , sistemlerin ortak durumunun yalnızca ayrı ayrı durumlarından tanımlanamadığı bir bağlantıdır. Sinyal olmadan veya ışıktan hızlı mesaj iletimine izin vermez.)
Nisan 2024’te, biyolojik yapılarda bulunan moleküler ağlardaki kolektif bir kuantum optik etkisi üzerine çalışma yayımlandı. Çalışma, canlı nöronların kuantum bilgisayar oluşturduğunu göstermedi.
İncelenen olgu süperışımaolarak adlandırılır. «Biyolojik Yapılardaki Büyük Triptofan Ağlarından Ultraviyole Süperışıma» başlıklı çalışmada, tübülin ve mikrotübüller gibi yapılarda bulunan triptofan amino asidi ağları incelendi. Sonuçlar süperışımayla uyumlu kolektif optik davranışı destekledi.
Bu bulgular, karmaşık moleküler ağların ışık soğurma ve yayma davranışını anlamaya yardımcı olur. Canlı beyinde hesaplama yapan uzun ömürlü kuantum tutarlılığıyla eş tutulamaz.
Ayrıca bazı araştırmacılar, belleği holografik süreçler ve süperışımayla ilişkilendiren hipotezler öneriyor.
Peki Beyin Kuantum Süperbilgisayar mı?
Bu sonuçlar beyni kuantum süperbilgisayar olarak tanımlamak için yeterli değildir. Belirli bir optik etki, nöronların işlevsel kübitler veya kuantum algoritmaları kullandığını kanıtlamaz.
Bu gözlemlerle, Penrose’un bilinci yerçekimi kaynaklı dalga fonksiyonu çökmesine bağlayan hipotezinin kanıtlanması arasında büyük bir mesafe vardır. Nöronların optik fiberler gibi ışıkla bilgi aktardığı da gösterilmiş değildir.
Hücre zarlarından iyon akışıyla oluşan elektriksel sinyaller ve sinapslardaki kimyasal aktarım, yerleşik nöronal iletişim mekanizmalarıdır. Yeni çalışma bunların yerine geçen bir açıklama sunmaz.
Bazı ışınımsal süreçler pikosaniye, yani saniyenin trilyonda biri ölçeğinde gerçekleşebilir. Bir moleküler sürecin hızı, beynin yüz milyonlarca kat daha hızlı hesaplama yaptığını kanıtlamaz.
Uygulamalar
Nörodejeneratif Hastalıklar
Doğrudan uygulamalar henüz belirsizdir. İleri araştırmalar Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıkların anlaşılmasına katkıda bulunabilir.
Alzheimer, reaktif oksijen türleriyle koruyucu mekanizmalar arasındaki dengenin bozulduğu oksidatif stresle ilişkilidir. Bu, her serbest radikalin zararlı ultraviyole fotonlar yaydığı anlamına gelmez.
Triptofan ultraviyole ışığı soğurabilir ve daha düşük enerjili ışık yayabilir. Çalışma, büyük ağlardaki kolektif davranışın bazı optik süreçlerin verimini artırabileceğini öne sürüyor. Alzheimer’a karşı koruyucu bir etki ise gösterilmiş değildir.
Kaynak: The Quantum Insider
Mikrotübüllerle Alzheimer arasındaki olası ilişki daha önce de araştırılmıştır; bu konuda 1989’a uzanan çalışmalar bulunur. Hastalıkta tau proteini mikrotübüllerden ayrılıp nöronların içinde ipliksi yapılar ve yumaklar oluşturabilir. Bu ilişki kuantum bilinci hipotezini kanıtlamaz.
Kuantum Hesaplama
Çalışma, karmaşık moleküler ortamlardaki kolektif etkiler hakkında bilgi ekler; bildiğimiz bütün kuantum fiziğini geçersiz kılmaz.
Kullanılan yöntemler açık kuantum sistemleri ve kuantum hesaplama araştırmaları açısından yararlı olabilir. Çevresel etkileşimleri, tutarlılık kaybını ve hataları denetlemek önemli sorunlardır.
Süperiletken kübitler gibi bazı mimariler çok güçlü soğutma gerektirir. İyon tuzakları, nötr atomlar ve fotonik sistemler gibi başka yaklaşımlar da vardır. Dolayısıyla aşırı soğutma bütün kuantum bilgisayarlar için tek yöntem değildir.
Bu sonuçlar, açık kuantum sistemleri ve kuantum hesaplama araştırmacılarının ilgisini çekecektir; çünkü çalışmadaki kuramsal yöntemler, gürültülü ortamlardaki karmaşık kuantum ağlarını anlamak için de kullanılmaktadır.
Araştırma, gelecekteki bilgi işleme veya depolama tekniklerine fikir verebilir. Henüz daha kararlı veya daha az enerji tüketen bir kuantum bilgisayar üretmiş değildir.
Tek foton süperışıması, kuantum bilgisinin depolanması için yeni araçlar vaat ediyor; bu çalışma da etkilerini farklı bir bağlamda gösteriyor.
Önümüzdeki yıllarda bunun canlı sistemlerdeki kuantum etkilerine ilişkin sonuçlarını yakından inceleyeceğiz.
Marlan Scully — lazer öncüsü ve kuramsal kuantum optik fizikçisi
Süperışıma, kuantum bilgisi ve bellek araştırmalarında önemli olabilir. Ancak bu işlevlerin insan beyninde bu yolla gerçekleştiği kanıtlanmış değildir.
Biyolojik Bilgisayarlar
Beyin organoidleri, beyin gelişimini ve hastalıkları araştırmak için laboratuvarda yetiştirilen doku modelleridir. Biyolojik bilgi işlemedeki potansiyelleri, kuantum bilinci hipotezinin doğruluğundan ayrı olarak araştırılabilir.
Canlı sinir ağlarının biyolojik işlem birimlerinde kullanılması araştırılıyor. Silisyumla kapsamlı bir enerji karşılaştırması, hücrelerin yetiştirilmesi ve desteklenmesi için gereken kaynakları da içermelidir. Yapay zekânın enerji tüketiminin artması beklenirken, daha verimli tekniklerin araştırılması önem kazanıyor. Biyolojik işlemciler henüz genel kullanıma hazır bir alternatif değildir.
Bu alandaki gelişmeleri «Organoid Zekâsına Doğru Anlamlı Adımlar» başlıklı yazımızda ele aldık.
Beyin ve Kuantum Teknolojisi Araştırmalarına Yatırım
Bu keşiflerin, bilinci açıklayan doğrudan ticari uygulamaları henüz yoktur. Ancak kuantum hesaplama ve organoid araştırma araçları alanında çalışan şirketler bulunur.
İlgili şirketlerin hisselerine erişim sağlayan aracı kurumları araştırmak için securities.ioüzerindeki ülke rehberlerimize bakabilirsiniz: ABD, Kanada, Avustralya, Birleşik Krallık, ve diğer ülkeler.
Birden fazla şirkete yatırım yapan bir fonu araştırmak isteyenler, örneğin Defiance Quantum ETF (QTUM) fonunu inceleyebilir. Fon farklı teknoloji şirketlerine erişim sağlar; kuantum hesaplamadan kazanç garantisi vermez. Ayrıca «Kuantum Hesaplama Alanında Beş Şirket» başlıklı yazımıza bakabilirsiniz.
Kuantum Hesaplama ve Sinirbilim Araştırma Şirketleri
1. Intel
INTC Fiyat Grafiği
Intel (INTC ), kuantum hesaplama teknolojileri de geliştiren büyük bir çip üreticisidir.
Şirket, Haziran 2023’te on iki silisyum spin kübitli araştırma çipi Tunnel Falls’u tanıttı. Intel, wafer üzerinde %95 üretim verimi ve gerilim tekdüzeliği bildirdi. Bu, hesaplamalarda %95 doğruluk veya büyük ölçekli ticari kuantum bilgisayarın hazır olduğu anlamına gelmez.
Intel ayrıca yazılım araçları da geliştirdi. Bunlardan Intel Quantum SDK, kuantum algoritmaları geliştirmeyi ve simüle etmeyi sağlar. Şirketin araştırmalarını destekler; ancak genel bir endüstri standardı hâline geldiği anlamına gelmez.
Ölçeklenebilir çip üretimi maliyetleri azaltabilir. Ancak hata düzeltme ve çok sayıda kübiti denetleme gibi sorunları tek başına çözmez.
Intel’in yarı iletken üretiminde uzun deneyimi vardır. Geçmiş başarıları ve patentleri, kuantum hesaplamada başarıyı garanti etmez.
2. BICO Group AB (BICO.ST)
Beyin organoidleri ve laboratuvarda yetiştirilen sinir dokuları, hücrelerin tedavilere verdiği yanıtları incelemeye yardımcı olur. Bunlar tam insan beyni değil, sınırlı modellerdir.
Yöntemleri ve gelişmeleri «Organoid Zekâsına Doğru Anlamlı Adımlar» başlıklı yazımızda ele alıyoruz.
2024’te yayımlanan bir çalışmada Wisconsin–Madison Üniversitesi araştırmacıları işlevsel insan beyin dokusunu üç boyutlu olarak bastı. Bunun için Cellink biyoyazıcısı kullandılar. Çalışma sinirbilim araştırmalarındaki potansiyeli gösterir; tam beyin veya daha karmaşık beyin organoidleri üretildiği anlamına gelmez.
Cellink grubu, Cytena şirketini 2019’da ve Scienion şirketini 2020’de satın aldıktan sonra 2021’de BICO adını aldı.
Cellink, biyobaskı faaliyetlerinin markası olarak kaldı. Bu alanda üç boyutlu doku modelleri oluşturmak için baskı teknikleri kullanılır. (Ayrıntılar için «İnsan Organlarını Üç Boyutlu Basmak Ne Kadar Gerçekçi?»başlıklı yazımıza bakabilirsiniz.)
Biyobaskı, makalede kullanılan mali dönemde grup gelirlerinin yaklaşık beşte birini oluşturuyordu. Biyobilim otomasyonu segmenti ise gelirlerin beşte üçten fazlasını sağlıyordu. Bu tarihsel oranlar grubun bugünkü gelir yapısının değişmez bir tanımı değildir.
Kaynak: BICO Group AB
Prof. Zhang’ın ekibinin çalışması, bu cihazların sinirbilim araştırmalarındaki potansiyelini gösterir. Alanda başka üreticiler de vardır; bir araştırma sonucu ticari üstünlüğü garanti etmez.
Uzun vadede biyobaskı şirketleri, araştırma araçları sağlamanın yanında ilaç şirketleriyle tedavi geliştirmeye de katkıda bulunabilir. Bu, cihaz ve sarf malzemesi talebini değiştirebilir; ancak ilerlemeye bağlı bir olasılıktır.
Genom dizileme cihazı üreticileri gibi başka laboratuvar ekipmanı sağlayıcıları da sarf malzemelerinden tekrarlayan gelir elde eder. Örnekler arasında PacBio (PACB) ve Illumina (ILMN) bulunur. Gelir payları şirkete ve döneme göre değişir; %80 oranı belirli veriler olmadan ikisine birden uygulanamaz.
Organoid araştırmalarının büyümesi, Cellink/BICO gibi şirketlerin ekipmanlarına talebi artırabilir. Ticari etkiler, araştırma ihtiyacına ve bilimsel ilerlemeye bağlıdır.
3. FinalSpark
2014’te Martin Kutter ve Fred Jordan tarafından İsviçre’de kurulan FinalSpark, biyolojik işlemciler araştırıyor. Şirket belirli karşılaştırmalarda silisyuma göre bir milyar kata kadar enerji verimi potansiyelinden söz ediyor. Bu, tamamlanmış ticari bir bilgisayarın bağımsız olarak doğrulanmış performansı değildir.
Şirketin bildirdiğine göre, araştırmalarında on milyon nöron test edildi . Bu hücreler, yeniden programlanmış deri hücrelerinden türetilen uyarılmış pluripotent kök hücrelerden elde edilebilir. Bu sonuç, sistemin insan gibi düşündüğünü kanıtlamaz.
Şirket, biyolojik bilgi işleme ve gelecekteki yapay zekâ uygulamalarını araştırmak için hücre kültürü teknikleri kullanıyor. Canlı hücreler laboratuvar desteğine ihtiyaç duymaya devam eder.
Makalede açıklanan 2024 teklifinde FinalSpark, araştırma kurumlarına Neuroplatform’a bulut üzerinden kullanıcı başına aylık 500 ABD doları karşılığında erişim sunuyordu.
