ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 08.08.2024

Просмотров: 401

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Теории управления квантовыми системами.

Содержание

Введение

1. Основные понятия и определения квантовой механики

1.1. Чистые и смешанные состояния

1. 2. Обозначения Дирака

1. 3. Перепутанные состояния

2. Элементы квантовой теории информации

2. 1. Кубиты

2. 2. О квантовой информации

2. 3. Преобразование одного кубита

2. 4. Перепутывание

2.5. Перепутывание и квантовая неразличимость

2.6. Логический элемент «управляемое не»

3. Парадокс эйнштейна – подольского – розена (эпр)

4. Неравенства белла

5. Квантовая криптография

5.1. Понятие о криптографии

5.2. Ключи и их распределение

5.3. Открытые ключи

5.4 Понятие о квантовой криптографии

5.4.1. Защита посредством неортогональных состояний

5.4.2. Защита посредством перепутывания

5.4.3. Практическая реализация квантово – криптографических систем

6. Квантовая телепортация

6.1 Общие представления

6.2. Протокол квантовой телепортации

6. 3. Обзор некоторых экспериментальных результатов по квантовой телепортации

6.4. Заключительные замечания: возможна ли телепортация макрообъекта?

7. Квантовые вычисления. Квантовые компьютеры.

7.1. Вводные замечания

7.2. Квантовый регистр

7.3. Задачи поиска.

7.4. Квантовые алгоритмы

7.4.1. Моделирование времени.

7.4.2. Моделирование вероятности

7.4.3. Алгоритм разложения на простые множители или алгоритм Шора

7.5. Общие требования к квантовым компьютерам Практическая реализация

Приложение. Гипотезы о квантовой природе сознания

Заключение

Словарь терминов

Литература

● физическому состоянию (здоровый/больной, сильный/слабый, сытый/голодный, тепло/холодно...);

● эмоциональному состоянию (весело/грустно, безопасно/страшно, добрый/злой, любовь/ненависть...);

● ментальному состоянию, для которого следует ввести набор хотя бы основных мыслей (или их категорий). Мысли не обязательно брать парными, поскольку любые четкие мысли альтернативны, то есть «в классическом» состоянии не накладываются друг на друга, и любой набор слов подойдет в качестве базиса ментального состояния сознания.

Сознание, видимо, невозможно полностью алгоритмизировать. Понятие допустимых состояний — очень широкое. К нему относятся не только состояния физического тела, но и наше настроение, наши мысли и чувства, все наши ощущения в их непрерывном изменении — все это реализации наших различных допустимых состояний. Не возможно представить, как это можно полностью «просчитать». Хотя какие-то оценки реальны: например, если мы не ели три дня, можно с некоторой вероятностью предсказать, какие изменения в физическом теле происходят, и какие ощущения, мысли и чувства будут у нас преобладать.

Но в любом случае даже самые простые количественные модели, описывающие работу сознания, могут очень многое дать для понимания самого этого феномена.

В головном мозге есть небольшой орган — эпифиз, или шишковидное тело. Санти описывает шишковидную железу следующим образом (Цит. по: Мэнли П. Холлу. Мелхиседек и мистерия огня. К.: София, 2001): «Шишковидное тело (corpus pineale) представляет собой конусовидное образование длиной 6 мм и диаметром 4 мм, присоединенное к крыше третьего желудочка уплощенным поводком (habenula). Эту железу также называют эпифизом. Шишковидное тело расположено на дне поперечной борозды головного мозга, непосредственно под валиком мозолистого тела, между верхними холмиками крыши среднего мозга. Оно плотно укрыто мягкой оболочкой головного мозга. Habenula раздваивается, образуя спинную и брюшную пластинки, разделенные шишковидным промежутком. Брюшная пластинка сливается с задней спайкой, в то время как спинная продолжается за спайку, тесно прилегая к эпителию крыши. В месте прикрепления к зрительному бугру спинная пластинка утолщается, образуя stria medullaris thalami (полосу эпифиза). Это утолщение представляет собой жгут волокон столба свода и средней полосы обонятельного тракта. Между мозговыми полосами на заднем конце имеется поперечная спайка, commissura habenularum, в которой волокна полос частично перекрещиваются, достигая поводочного ядра зрительного бугра. Внутренность шишковидного тела состоит из замкнутых фолликул, окруженных врастаниями соединительной ткани. Фолликулы заполнены эпителиальными клетками, смешанными с известковым веществом — „мозговым песком“ (acervulus cerebri). Известковые отложения также обнаруживаются в поводке эпифиза и вдоль сосудистых сплетений. Функция шишковидного тела неизвестна. Декарт полагал, что эпифиз является „седалищем духа“. У пресмыкающихся имеются два шишковидных тела, переднее и заднее; заднее остается неразвитым, а переднее образует рудиментарный циклопический глаз. У новозеландской ящерицы гаттерии он выступает из теменного отверстия и имеет несовершенные хрусталик и сетчатку, а его длинный поводок содержит нервные волокна. Эпифиз человека, вероятно, гомологичен заднему шишковидному телу пресмыкающихся».


В шишковидной железе содержится мельчайший «песок», о роли которого современной науке не известно практически ничего. Исследования показали, что этого вещества нет у детей примерно до 7 лет, у людей слабоумных и вообще у всех тех, кто страдает теми или иными расстройствами умственной организации.

А. М. Паничев и А. Н. Гульков в своей статье (Паничев А. М., Гульков А. Н. О носителях информационных голограмм в биологических системах: http://www.festu.ru/ru/structure/library/library/science/s127/article_13.htm) выдвигают гипотезу, согласно которой мозговой песок в эпифизе является управляющим центром и носителем информационной голограммы в организме человека и других высокоорганизованных животных. Это уже совсем близко к понятию квантового компьютера и физике запутанных состояний. Голографическая теория может служить неплохой качественной иллюстрацией физики квантовой информации. «Мозговой песок» представляется авторам как отработанные «живые кристаллы», которым отводится главная роль — управляющего центра. В процессе жизнедеятельности «живые кристаллы» постепенно «обрастают» органо-фосфорно-кальциевыми оболочками, то есть внутри эпифиза, в среде, перенасыщенной солями кальция и фосфора, они постепенно трансформируются в агрегаты «мозгового песка». Необычные информационные свойства «мозгового песка», замеченные при проведении опытов С. Н. Голубевым (Голубев С. Н. Биоструктуры как фрактальное отображение квазикристаллической геометрии // Сознание и физическая реальность. 1996. Т. 1. № 1–2, с. 85–92) , свидетельствуют, по мнению авторов, лишь о том, что в них остается записанной вся информация об организме.

В настоящее время гистохимики выяснили, какова структура мозгового песка. Песчинки по размеру бывают от 5 мкм до 2 мм, по форме они часто напоминают тутовую ягоду, то есть имеют фестончатые края. Состоят из органической основы — коллоида, который считается секретом пинеалоцитов и пропитан солями кальция и магния, преимущественно фосфатами. Методом рентгенокристаллографического анализа было показано, что соли кальция на дифрактограммах эпифиза аналогичны кристаллам гидроксиапатита. Мозговые песчинки в поляризованном свете обнаруживают двойное лучепреломление с образованием «мальтийского» креста. Оптическая анизотропность указывает, что кристаллы солевых отложений эпифиза не являются кристаллами кубической сингонии. Благодаря наличию фосфорнокислого кальция песчинки первично флуоресцируют в ультрафиолетовых лучах, как и капельки коллоида, голубовато-белым свечением. Подобную же голубую флуоресценцию дают миелиновые оболочки нервных стволов. Обычно отложения солей имеют форму колец — слоев, чередующихся со слоями органического вещества. Больше о «мозговом песке» ученым ничего пока выяснить не удалось.


Самое интересное, что этот «песок» содержит в своем составе гидроксиапатит кальция (см. рис. 7.4). Именно о нем шла речь, как об одном из самых подходящих «кандидатов» на роль физической основы квантового компьютера.

Объединяя данные по элементной базе квантового компьютера с данными биологии об эпифизе и структуре мозгового песка, делают интересное предположение: эпифиз головного мозга является составной частью квантового компьютера в нашей голове, а «мозговой песок» — физической основой квантового процессора.

Можно предположить, что «компьютер» в нашем мозгу — квантовый, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Человек имеет возможность воспользоваться нелокальными свойствами запутанных состояний кубитов своего квантового компьютера.

Из теоретических основ квантовой механики следует, что для появления дополнительных квантовых корреляций необходимо наличие классических взаимодействий. То есть для того, чтобы наша душа имела возможность осознать себя и развиваться далее, она должна иметь материальную основу, «проводника» в предметном мире. Таким «проводником» вполне могут являться кристаллы гидроскиапатита в мозговом песке, выступающие в качестве физической основы квантового компьютера в нашем головном мозге. При ультразвуковом исследовании шишковидная железа становится видна в человеческом зародыше на 49-й день после его зачатия, примерно в то же время, когда становится различим пол ребенка. Природа в первую очередь начинает формировать процессор нашего будущего квантового компьютера, на который «накручивается» уже остальное «железо». После рождения ребенка его квантовый компьютер еще чист, он не загружен никакими программами, позволяющими ориентироваться в нашем плотном мире. Да и сам компьютер как устройство, которым можно пользоваться, еще не готов к работе — окончательная «сборка» еще не завершена. Это как в физике квантовой информации: какой толк в том, что любые взаимодействующие системы связаны нелокальными корреляциями — квантовыми компьютерами от этого они для нас не становятся. Чтобы получился квантовый компьютер, нужно организовать кубиты, которыми можно было бы избирательно манипулировать, выполнять логические операции и получать результат. Мозговой песок и кристаллы гидроксиапатита, как физические носители кубитов, формируются постепенно, по мере взросления ребенка, когда он начинает овладевать ментальными конструкциями и логическими операциями. Этот вывод подтверждает еще одна цитата из книги М. П. Холла: «Маленький ребенок живет преимущественно в незримых мирах. Его физический организм пока еще управляется с трудом, однако в тех мирах, с которыми он связан посредством открытых врат шишковидной железы, ребенок осознает себя и активно действует (по крайней мере, в какой-то степени). Постепенно определенные проявления его высшего сознания поглощаются физическим организмом и кристаллизуются в виде мельчайшего песка, обнаруживаемого в этой железе. Но до тех пор, пока сознание не войдет в организм, никакого песка в этой железе нет».


В терминах квантового компьютинга шишковидная железа — физический носитель кубитов нашего квантового компьютера. «Мозговой песок» имеют не только люди, но и животные. Вероятно, их квантовый компьютер — лишь более примитивный, имеет более раннюю версию «операционной системы».

Предложенную гипотезу о квантовом компьютере в головном мозге можно развивать в различных направлениях. Уже сейчас в Интернете создаются клубы по программированию квантового компьютера.

Под квантовым ресурсом компьютера, как это и принято, подразумевается нелокальный квантовый ресурс, то есть способность компьютера манипулировать запутанными состояниями кубитов как между собой, так и с окружением (контролировать декогеренцию). В нашем обычном состоянии сознания мы пользуемся только классическими ресурсами своего «головного компьютера». Но можно воспользоваться и ресурсами квантовыми. Способов и вариантов их практического применения много. Биокомпьютер — лишь один из них, наиболее технологичный и приближенный к нашему привычному взгляду на компьютер.

Мозговой песок обладает сложной слоистой структурой, и роль кубитов могут выполнять, например, отдельные слои этих отложений — тогда не нужны будут магнитные поля с сильным градиентом, а вполне достаточно будет «энергетических всплесков».

Кристаллы гидроксиапатита в нашем организме не являются идеальными — они содержат включения, например, ионы металлов, которые придают им различные цветовые оттенки. О роли и значимости этих включений говорить пока сложно. Если бы мы имели дело с физикой и с квантовым компьютером на монокристаллах гидроксиапатита кальция, то любые неоднородности и посторонние включения только осложняли бы задачу. Даже при наличии идеального кристалла приходилось бы «расцеплять» взаимодействия 31P–1H, что, впрочем, довольно легко сделать. А взаимодействиями протонов с изотопами 43Са и 17О, обладающими магнитными моментами, можно пренебречь вследствие их малого процентного содержания в природных соединениях (43Са — 0,145% и 17О — 0,037%).

Но это — физика, которая требует умения не только проводить эксперименты, но и на теоретических моделях количественно описывать то, что происходит. Большое число параметров лишь затрудняет описание и проведение экспериментов. Начинают обычно с самых простых ситуаций, а затем можно и «накручивать», искать более эффективные решения.


В пользу идеи, согласно которой квантовый компьютер в нашем головном мозге работает по аналогии с ЯМР, свидетельствуют и косвенные данные. Например, отмечено влияние на эпифиз переменных магнитных полей, которое изучается довольно интенсивно в связи с интересом к мелатонину, который там вырабатывается. Аналогия с ЯМР может оказаться очень полезной и продуктивной для понимания основных принципов работы квантового компьютера в головном мозге. Не случайно первые эксперименты по практической реализации квантового компьютера были осуществлены методами ЯМР — на сегодняшний день это не только сильная экспериментальная база, но и мощные теоретические методы, позволяющие описывать спиновую динамику и на простых моделях объяснять суть происходящих процессов.

Кристаллы гидроксиапатита в качестве модельной основы квантового компьютера в головном мозге хороши тем, что для них есть теоретическое описание конкретного механизма квантовых вычислений, позволяющего моделировать работу кристалла как носителя квантовых регистров памяти (кубитов). Причем теоретическое моделирование достаточно простое — квазиодномерная структура гидроскиапатита кальция позволяет свести задачу к линейной цепочке взаимодействующих ядерных спинов (кубитов), теоретические методы описания таких одномерных систем в ЯМР хорошо отработаны.

По большому счету, любую квазизамкнутую систему из взаимодействующих подсистем можно считать квантовым компьютером. Есть только одно маленькое «но» — чтобы целенаправленно использовать нелокальные квантовые ресурсы такой системы, нужно уметь управлять квантовыми корреляциями между ее подсистемами. Здесь есть отдаленная аналогия с эзотерической практикой — чтобы задействовать свои магические способности, мы должны уметь управлять нашими квантовыми корреляциями с окружением, взаимодействиями на тонких уровнях энергии, то есть «дирижировать» энергоинформационными потоками.

Например, если взять какую-то конкретную систему, допустим воду (или кристаллы льда), то в ней невозможно выделить кубиты и тем более указать метод, позволяющий избирательно ими манипулировать. Хотя нелокальные корреляции, присущие воде (ее информационные свойства), несомненно, играют очень значительную роль в нашей жизни, как и в жизни на Земле в целом.

А вот в случае с гидроксиапатитом кальция понятно, что и как нужно делать, чтобы этот кристалл заработал у нас в качестве квантового компьютера. Поэтому даже в качестве модельной системы он может дать очень многое для понимания физических основ работы сознания. Самое простое — это представить, что у нас «во лбу» вместо эпифиза вставлен идеальный монокристалл гидроксиапатита, и, значит, уже можно моделировать работу сознания, используя подходы, применяемые в квантовом компьютинге.