量子神经网络能给人类永生吗？爱因斯坦的「幽灵超距作用」或可实现「意识永存」

【新智元导读】

1935年，爱因斯坦和波多尔斯基以及罗森一起写出了著名的「EPR佯谬」之后，提出了「量子纠缠」。实际上「量子纠缠」这个词并不是爱因斯坦提出来的，而是薛定谔提出来的，当时看来是很不可思议的。

 量子纠缠的意思是说，两个纠缠的量子不管相距多远，它们都不是独立事件。当你对一个量子进行测量的时候，另外一个相距很远的量子居然也可以被人知道它的状态，可以被关联地测量。

 爱因斯坦把这种奇怪的现象描述为「幽灵般的超距作用」，但正是这种奇怪的现象让科学家们如此着迷。

 从宏观角度直接观测量子纠缠

 最近公开的一项研究表明，量子纠缠被直接在宏观尺度上观察到并记录下来，这个尺度比通常与纠缠相关的亚原子粒子要大得多。

 从我们的角度来看，所涉及的维度仍然非常微小，因为这些实验涉及两个小铝鼓，宽度只有人类头发丝的五分之一，但这样的宽度在量子物理领域绝对是巨大的。

 小铝鼓

 美国国家标准与技术研究所(NIST)的物理学家John Teufel说: 「如果你分别分析这两个鼓的位置和动量数据，它们看起来都很激烈。」

 「但是把它们放在一起看，我们可以看到，一个鼓的随机运动与另一个鼓高度相关，这种相关性只有在量子纠缠时才可能发生。」

 虽然量子纠缠并非不会发生在宏观物体上，但在此之前，人们认为这种现象在更大的尺度上是不明显的，或者也许宏观受另一套规则的支配。

格拉斯哥大学的物理学家建立了一个复杂的实验，用一张图像捕捉到了量子纠缠现象

 这项新的研究表明事实并非如此。

 事实上，同样的量子规则也适用于宏观物体，并且实际上也可以被看到。研究人员利用微波光子振动微小的鼓膜，使它们在位置和速度上保持同步。

 为了防止外界的干扰，这是量子态的一个常见问题，鼓被放在低温冷冻箱内进行冷却，纠缠，并在不同的阶段接受测量。鼓的状态随后被编码在反射微波场中，其工作原理与雷达相似。

 先前的研究也报道了宏观量子纠缠，但是新研究走得更远: 所有必要的测量都被记录下来而不是推断出来，而且纠缠是以一种确定的、非随机的方式产生的。

 绕过「海森堡不确定性原理」

 在另外的一系列实验中，研究人员同样使用宏观鼓(或称振荡器)在量子纠缠状态下进行实验，证明了同时测量两个鼓膜的位置和动量是可能的。

 芬兰阿尔托大学的物理学家Laure Mercier de Lepinay说: 「在我们的工作中，鼓膜呈现出一种集体的量子运动。鼓的振动相位相反，这样，当其中一个鼓处于振动周期的末端位置时，另一个鼓同时处于相反的位置。」

 在这种情况下，如果把两个鼓视为一个量子力学实体，鼓运动的不确定性就消除了。

 这项研究之所以引人关注，是因为它绕过了「海森堡不确定性原理」，即粒子的位置和动量不能同时确定。该原理指出，记录任何一种测量都会通过一个叫做「量子反作用」的过程而干扰另一种测量。

 海森堡不确定性原理

除了支持其他的研究来证明宏观量子纠缠，这项研究还使用纠缠态来避免量子反作用——本质上是研究经典物理学(不确定性原理适用的地方)和量子物理学(现在看来不适用的地方)之间的界限。

 这两组发现的一个潜在的应用将是量子网络——能够在宏观尺度上操纵和纠缠物体，以便为下一代通信网络提供动力。

 物理学家刘恺堃(Hoi-Kwan Lau)和Aashish Clerk在关于这项新研究的评论文章Macroscale entanglement and measurement中写道:「除了实际应用之外，这些研究还涉及到实验可以将明显的量子现象的观察推到多远的宏观领域」。

 那么，量子神经网络能让人类获得永生吗？

 这项工作对于弥合量子物理学和经典物理学之间的鸿沟大有帮助。如果扩大规模，最终将完全滑出经典物理学的范围。

 举例来说，一旦我们达到了可以纠缠整个行星的程度，就很难区分经典物理学和量子物理学了。

 但是在我们实现行星规模的传送技术之前，很可能会发现纠缠态的其他有趣的用途。

核心思想就是，从理论上讲，信息可以在任意数量纠缠在一起的物体之间穿越任何距离。

 这就引出了一个问题: 两个神经网络会互相纠缠吗？从上述研究中的铝鼓来看，这似乎是可能的。想象一下两个相互纠缠的鼓，里面有很多不同的鼓和钹，都是由同一个鼓手演奏的。

 如果这些鼓组件只是用来输出干扰的微小神经网络，那么我们可以想象它们一路扩展到数十亿个鼓。

 人类的大脑被认为是一个有机的神经网络，它的功能很像人工智能开发者用来模仿艺术品或制作DeepFake的神经网络。

 当然，我们的大脑要复杂得多。但是，如果我们能够想象使一个星球或者一个神经网络产生纠缠，那么为什么不能把我们的大脑与彼此的大脑或人工神经网络相互纠缠呢？

 如果你可以通过多个网络「分享」你的意识又会怎么样？最终，如果其中一个网络出了故障，或它运行的计算机停止了，能不能更换机器就保持意识继续运行？

 或者，如果我们可以使用量子纠缠来将我们的思想与他人的大脑如齿轮般吻合起来，就像瓦肯人的心灵融合一样，又会怎样呢？也许我们甚至可以培育出一个空白的大脑，通过「纠缠」来复制我们的意识，以防我们的第一个大脑出现故障。

 但是这种推测并没有根据。事实上，我们还没有完全统一经典物理学和量子物理学。科学家们相信，量子力学的一个特征「脱散（退相干）」将成为量子领域保持意识的巨大障碍。

 在2014年一篇讨论量子神经网络(QNNs)的论文中，作者表示

 尽管与潜在的「大脑量子性」讨论非常接近，但量子神经网络（QNN)并不打算用量子力学来解释我们的大脑功能。

 神经元是宏观物体，在微秒级的时间尺度上具有动力学性质，而一个量子神经元理论引入的两个量子态是指在一个密闭空间内涉及数百万个离子的过程，导致估计脱散时间在10-13秒或更短，因此，量子效应不太可能在神经信息处理中发挥作用。

 这并不是说这是不可能的，但是我们需要的不仅仅是扩大量子实验规模来找出如何将我们的意识放入备用大脑或芯片上。

编辑按：本文转载至微信公众号 “新智元”贝壳投研经授发布