осмысленной обработки информации.
Вместе с тем, во-вторых, есть основания думать, что если искусственное сознание возможно, то оно будет не только "извне" (функционально) и "изнутри" (субъективно) тождественно человеческому сознанию, но и ( если принять теорию психофизического тождества) в нем должны быть также воплощены те же самые физические принципы, которые лежат в основе человеческого сознания.
Как уже отмечалось выше, принцип инвариантности функции к субстратной основе по всей видимости имеет лишь ограниченную сферу применения. Усложнение функции влечет, как правило, сужение физической базы, на которой данная функция только и может быть реализована. Таким образом, не исключено, что достижение функциональной сложности человеческого сознания приведет к сокращению этой базы лишь до одного "устройства", так что можно будет говорить в данном случае о тождестве физического и функционального.
Отсюда можно, в качестве правдоподобной гипотезы сформулировать принцип, который можно назвать "принципом конвергенции": можно предположить, что различные направления в области создания искусственного интеллекта в конечном итоге приведут к одному и тому же единственно возможному результату - будет создано одно единственное "устройство", которое, с одной стороны, будет функционально эквивалентно человеческой психике, а с другой, будет основано на тех же физических принципах, что и наше собственное сознание. И это "устройство", будет, одновременно, и единственной возможной реализацией сознания вообще (если отказаться от принципа конвергенции, то мы этим самым разрываем связь физического и функционального, что неизбежно приводит нас к выводу о невозможности достоверного знания собственной субъективности (см. 90)).
Уже из этих соображений вытекает перспективность "компьютерной метафоры", как средства исследования человеческого сознания. Опираясь на эту метафору, мы можем поставленную в начале раздела проблему: может ли квантовая система выполнять сложные психические функции, заменить другой, более доступной для исследования, проблемой: может ли квантовая система выполнять функцию универсального компьютера, достаточно "мощного", вместе с тем, для того, чтобы можно было надеяться на его основе создать систему искусственного интеллекта, функционально эквивалентного человеческому сознанию.
Последняя проблема распадается на ряд подпроблем, из которых по крайней мере две мы можем уже сейчас содержательно обсудить.
Первая - это проблема принципиальной возможности создания квантового компьютера, т.е. универсального вычислительного устройства, существенным образом использующего квантовые принципы. Эта проблема в настоящее время имеет вполне определенное, а именно - положительное решение. Как показано в ряде работ (149,150,153) квантовый компьютер, в принципе, создать возможно. (То есть, принципы квантовой механики по крайней мере не исключают такой возможности). Более того, в настоящее время квантовый компьютер уже перестал быть лишь теоретической возможностью: уже существует действующая модель квантового компьютера (169).
Вместе с тем известно, что квантовые вычисления сами по себе неустойчивы (156). Если бы удалось построить вычислительную машину, целиком построенную на квантовых принципах, то она вскоре перестала бы нормально функционировать, хотя бы из-за необратимого расплывания волновых пакетов составляющих ее частиц (существенную роль здесь также играет нелинейный характер вычислительного процесса). Для осуществления устойчивых вычислений необходима гибридная система, сочетающая классические и квантовые принципы. Отсюда понятно почему необходимы подчиненные классическим законам нервные процессы. Роль "классической" подсистемы - в стабилизации, регуляции, управлении "квантовой" подсистемой нашего мозга. "Классическая" система задает для "квантовой" внешний потенциал и граничные условия - и тем самым задает характер ее функционирования. "Классическая" подсистема также осуществляет измерения над "квантовой" и именно этот измерительный процесс, как мы полагаем, создает "актуально переживаемое", т.е. "чувственность".
В целом, функционально сознание - это продукт совместной деятельности "классической" и "квантовой" подсистем, хотя субъективно сознание коррелятивно только квантовым состояниям. (Конечно, проводимое здесь различие "классического" и "квантового" не является абсолютным. "Классическая" подсистема - также обладает квантовыми свойствами, но эти свойства проявляются лишь на уровне составляющих ее микроскопических частей, тогда как "квантовая" подсистема проявляет свои квантовые свойства в макромасштабе. Иными словами, "классическая" подсистема, - это некоторое усреднение по множеству индивидуальных микроскопических квантовых систем).
Вторая проблема: могут ли квантовые компьютеры (вернее гибридные системы, содержащие "классические" и "квантовые" элементы) обеспечить достаточную вычислительную мощность (выражаемую, например, в количестве операций в секунду и, также, в объеме доступной памяти), которая позволила бы осуществлять такую же по сложности обработку информации, которая осуществляется в человеческом сознании. Сложность здесь в том, что мы не знаем какая именно вычислительная мощность будет здесь достаточной. Поэтому мы ограничимся лишь сравнением возможностей "классических" и квантовых компьютеров.
То, что гибридные системы, сочетающие классические и квантовые принципы, будут обладать большими моделирующими возможностями, чем чисто "классические" вычислительные системы, у специалистов в области "компьютерных наук" не вызывает сомнений (15, 150). Здесь, прежде всего, нужно отметить, что существует обусловленный фундаментальными физическими принципами предел роста вычислительной мощности "классических" вычислительных устройств. Скорость осуществления логических операций и скорость поиска нужной информации в памяти лимитированы, с одной стороны, предельной скоростью распространения сигнала в вычислительном устройстве, а с другой стороны - предельными размерами этого устройства. Поскольку скорость распространения сигнала ограничена скоростью света, существует лишь один радикальный способ увеличить быстродействие компьютера - это миниатюризация его элементарной базы. Однако, если характерные размеры деталей становятся меньше 0,1 мкм, вступают в силу квантовые законы. Таким образом, сама задача повышения вычислительной мощности компьютера ведет нас к необходимости рассмотреть возможность замены "классических" принципов обработки информации - квантовыми. (Нам могут возразить, указав, что рост вычислительной мощности возможен также и за счет использования параллельных вычислений. Однако и здесь существуют пределы роста и полученный выигрыш оказывается не особенно значительным. Если для однопроцессорных "классических" вычислительных систем предельная мощность составляет величину порядка 109 бит/сек, то для параллельных вычислительных систем - порядка 1011 бит/сек (15). То есть использование параллельных вычислений дает выигрыш (причем не для всех типов решаемых задач) в среднем не более чем на три порядка).
Таким образом, переход к квантовым принципам осуществления вычислений является, по-видимому, совершенно неизбежным этапом эволюции компьютеров.
Однако необходимо иметь в виду, что с точки зрения гипотезы о квантовой природе сознания предполагаемый выигрыш в вычислительной мощности при переходе на квантовые принципы не может быть обусловлен только дальнейшей миниатюризацией вычислительного устройства. Если бы это было так, то мы должны были бы предположить микроскопические размеры "квантового субстрата сознания" и "поместить" его, например, внутрь единичной нервной клетки. Все это, однако, представляется малоправдоподобным с точки зрения физиологии. Даже если сознание связано с внутриклеточными процессами, следует допустить, что одним и тем же "Я" обладают по крайней мере десятки тысяч или даже миллионы нервных клеток. Иными словами, гипотетический "квантовый субстрат сознания", по-видимому, нужно представлять как некое коллективное макроскопическое квантовое состояние (наподобие, скажем, сверхпроводящего состояния), охватывающего если не весь мозг, то, по крайней мере, весьма значительные массы нервной ткани.
В этом случае выигрыш, связанный с "миниатюризацией" (использованием, например, в качестве "рабочих элементов" внутриклеточных структур молекулярного уровня) утрачивается, так как время одного "такта" вычисления не может быть меньше времени, необходимого для обмена информацией между удаленными участками мозга, составляющими части "квантового субстрата сознания".
Таким образом, если наша гипотеза верна, должен существовать какой-то иной механизм повышения производительности квантовых вычислений, не зависящий от размеров квантового компьютера. И такой механизм действительно существует.
Как было показано в работе Д. Дейча (150), рост вычислительной мощности квантового компьютера может быть достигнут за счет использования квантовомеханического принципа суперпозиции. Было показано, что используя принцип суперпозиции квантовых состояний, можно достигнуть такой степени "квантового параллелизма" в обработке информации, которая недоступна классическим системам.
В настоящее время ведутся интенсивные исследования в этом направлении (151, 152,153, 154, 163, 169, ) В частности, в последние годы были построены конкретные алгоритмы для квантового компьютера, которые позволяют, используя принцип суперпозиции, решать некоторые математические задачи (такие как определение периода последовательности, факторизация, поиск в базах данных и др.) гораздо более эффективно, чем это возможно при помощи компьютеров, использующих классические принципы. (Предполагается возможность ускорения вычислений в миллионы и миллиарды раз !) Как уже отмечалось,недавно исследования возможностей квантовых компьютеров перешли из области чисто теоретических исследований в область практическую - группой исследователей из корпорации IBM, Массачусетского технологического института, Калифорнийского и Оксфордского университетов был продемонстрирован простейший действующий квантовый компьютер, элементами которого служат атомы водорода и углерода в молекуле трихлорэтилена, а считывание результата осуществляется с помощью использования эффекта ядерного магнитного резонанса. Квантовые компьютеры такого типа могут быть использованы для сортировки неупорядоченных записей в базах данных. (169 ). В частности, сообщается о демонстрации квантового алгоритма (на ядерных спинах трихлорметана), способного выполнить за одно действие процедуру, аналогичную идентификации за одну попытку изображения на каждой стороне одной монеты (192).
Рассмотрим более конкретно свойства квантовых компьютеров и сопоставим их с некоторыми функциональными свойствами человеческого сознания.
Прежде всего, рассмотрим типичную схему устройства и основные принципы функционирования квантового компьютера. Обычно в качестве модели квантового компьютера рассматривают линейно упорядоченный набор двухуровневых квантовых систем, т.е. систем, имеющих два ортогональных базисных квантовых состояния. (Примером таких состояний могут служить возбужденное и основное состояние атома, состояния с различной ориентацией спина и т.п.). Каждая из таких двухуровневых систем выполняет в квантовом компьютере функцию элементарной ячейки памяти. Используя набор двухуровневых систем, мы можем записать и сохранить в виде двоичного кода какое-либо число, кодирующее конкретный единичный "вход" (начальное состояние) квантового компьютера.
Вычислительный процесс можно изобразить с помощью унитарного оператора эволюции U, действие которого переводит (обратимым образом) исходный набор двухуровневых систем ("вход") в новое квантовое состояние, кодирующее результат вычисления для данного конкретного "входа".
Однако до того, как мы применим к исходному состоянию оператор U, мы можем перевести каждую из двухуровневых систем в состояние суперпозиции ее базисных состояний таким образом, что вся совокупность двухуровневых систем как целое может быть описана как суперпозиция всех возможных начальных состояний квантового компьютера. Если мы имеем N линейно упорядоченных двухуровневых систем, то мы получим суперпозицию, состоящую из 2N членов, каждый из которых изображает допустимый вход квантового компьютера.
Применяя U к данной суперпозиции, мы преобразуем исходную суперпозицию всевозможных "входов" квантового компьютера в суперпозицию, содержащую всевозможные результаты вычисления. То есть, за один вычислительный такт квантовый компьютер, используя принцип суперпозиции, способен параллельно вычислить экспоненциальное множество значений интересующей нас функции, соответствующей действию оператора U.
Существенная проблема, однако, возникает в связи с тем, что нам, далее, необходимо каким-то образом "прочитать" полученный результат вычисления. Для этого мы должны осуществить измерение, которое, согласно принципам квантовой механики, разрушает полученную в результате вычисления суперпозицию и дает нам в конечном итоге лишь одно единственное значение функции, причем значение, выбранное случайным образом из экспоненциального набора всех вычисленных квантовым компьютером значений данной функции.
Если нас интересуют и другие результаты вычисления или интересует, например, принимает ли функция какое-то определенное значение в заданной области определения, то мы должны многократно повторить вычислительную процедуру с самого начала и делать это до тех пор, пока не получим ответ на интересующие нас вопросы.
В результате выигрыш в скорости, который мы имеем на первом этапе благодаря принципу суперпозиции, полностью теряется на втором этапе, когда мы пытаемся извлечь из квантового компьютера интересующий нас результат вычисления. Однако, как показано в ряде работ, мы все же можем построить эффективный квантовый алгоритм, позволяющий решать ряд достаточно сложных задач гораздо более эффективно (за меньшее число тактов), чем любой алгоритм для классического компьютера. Так П. Шор описал квантовый алгоритм, который позволяет разложить число из N цифр на простые множители примерно за N2 операций, тогда как на обычном компьютере требуется как минимум exp(N)1/3 операций (151). Этот эффект ускорения вычислений достигается за счет использования дополнительных операторов, преобразующих исходную суперпозицию, и, в особенности, за счет эффекта интерференции квантовых состояний. Эти дополнительные меры позволяют как бы "усилить" нужный нам результат (в частности, путем копирования некоторых фрагментов суперпозиции, осуществления дополнительных измерений на промежуточных этапах вычислительного процесса и т.п. (163)) и таким образом резко сократить число повторений вычислительного процесса.
Попытаемся теперь провести некоторые аналогии между квантовым компьютером и человеческим сознанием. Во-первых, представляется очевидным, что наше сознание обладает способностью параллельно обрабатывать огромные объемы сенсорной (например, визуально воспринимаемой) информации. Это доказывается хотя бы тем, что когда я открываю глаза, я сразу же вижу и опознаю вокруг себя огромное множество разнообразных предметов. Как показывают эксперименты, построение образа объекта, включая его категориальное распознавание, осуществляется в среднем примерно за 200-500 мсек. За это время наш мозг должен осуществить колоссальное множество операций с каждой единицей сенсорной информации, включая (для зрительной модальности) выделение фигуры из фона, учет движения глаз и тела, распознавание образа, идентификацию движущихся предметов и т.д. Если допустить, что, по крайней мере, большая часть этих операций осуществляется непосредственно в нашем сознании, то мы должны признать, что сознание способно к параллельной обработке больших объемов информации. Причем эта обработка осуществляется обычно за один "вычислительный такт", поскольку мы, как правило, не наблюдаем субъективно какой-либо динамики построения чувственного образа (за исключением особых экспериментальных ситуаций, в которых эта динамика наблюдается, вероятно, как артефакт, созданный ограничением времени восприятия). Мы, как правило, сразу видим вещь как целостный, законченный, осмысленный предмет. Но, как мы отмечали выше, таким же свойством: за один такт параллельно осуществлять экспоненциальное множество операций, обладают и квантовые компьютеры.
Далее, параллельные процессы в сознании, например, процессы параллельного визуального восприятия сразу нескольких объектов, не являются абсолютно независимыми друг от друга. Как показали исследования гештальт-психологов, каждый предмет воспринимается нами в контексте единого целостного "перцептивного поля". (Так называемые "полевые эффекты" восприятия). Вместе с тем, параллельные вычисления в квантовом компьютере также не являются независимыми. Если, например, имеются две ветви вычислительного процесса, приводящие к тождественному результату, то в соответствии с принципами квантовой механики, между этими ветвями возникает интерференция, т.е. вычислительный процесс в одной ветви либо подавляет, либо усиливает аналогичный процесс в другой ветви.
Гипотеза квантовой природы сознания позволяет также решить один психологический парадокс: с одной стороны, достаточно очевидно, что для того, чтобы выполнять присущие ему функции, наш мозг должен обладать огромной вычислительной мощностью, в частности, огромной пропускной способностью, позволяющей ему параллельно обрабатывать огромные массивы сенсорной информации в реальном масштабе времени. Однако, с другой стороны, прямые измерения показывают, что пропускная способность человеческой психики смехотворно мала и составляет, по оценкам разных авторов, от 5 до 70 бит/сек (117). Достаточно очевидно, что "узким местом" здесь, как и в квантовом компьютере, является процедура считывания результатов обработки информации. Мы способны одновременно воспринять и опознать огромное количество различных объектов и сконструировать из их образов единое осмысленное "перцептивное поле" актуально переживаемого. Но мы не можем, как правило, сразу, без дополнительных затрат когнитивных ресурсов, дать ответ на вопрос: есть ли среди воспринимаемых нами объектов тот или иной конкретный предмет. (Например, если мы воспринимаем большую таблицу с числами, то, несмотря на то, что мы видим ее как некое осмысленное целое, мы, тем не менее, не можем сразу же ответить на вопрос: есть ли среди этих чисел, например, число 10 или же нет). По всей видимости в нашем сознании в каждый момент времени в потенциальной форме содержится огромная, сложным образом структурированная информация, содержащая экспоненциальное множество ответов на самые разнообразные вопросы относительно воспринимаемых нами в данный момент объектах (что и создает эффект осмысленности видимого), однако доступ извне к этой информации чрезвычайно ограничен. Реально, в каждую единицу времени мы можем дать ответ лишь на один единственный вопрос, да и то для этого нередко требуются дополнительные когнитивные операции и, соответственно, дополнительные затраты времени. Точно так же и квантовый компьютер содержит в себе в виде суперпозиции квантовых состояний огромное множество результатов вычисления, однако доступ к этой информации весьма ограничен и требуются дополнительные операции для того чтобы получить ответ на тот или иной вопрос относительно этих, уже имеющихся в наличии, результатов вычисления. То, что именно измерение, которое в нашей модели "квантового сознания" коррелятивно чувственным переживаниям, осуществляет извлечение необходимой информации и делает ее доступной для внешнего наблюдателя, субъективно соответствует тому факту, что для того, чтобы "осознать" (отрефлексировать) то или иное содержание в составе, например,воспринимаемой с помощью зрения "картины мира", необходимо буквально увидеть это содержание, пережить его как непосредственный сенсорный образ. (Я не могу ответить на вопрос: есть ли в таблице число 10, пока непосредственно не увижу эту десятку).
Если мозг действительно представляет собой некое подобие квантового компьютера, то он, очевидно, должен обладать эффективным алгоритмом усиления