Атомы, которые учатся думать: станут ли компьютеры похожи на живой мозг?

Есть открытия, которые сначала кажутся обычной научной новостью, а потом заставляют иначе взглянуть на будущее. Учёные обнаружили, что электрические колебания внутри определённого кристалла могут вести себя удивительно похоже на работу нейрона. Не программа имитирует нервную клетку. Сам материал демонстрирует нейроноподобную динамику. И вот здесь становится по-настоящему интересно.

А если «думать» сможет сама материя?

Исследование связано с дихалькогенидом тантала. При определённых условиях внутри материала возникают резкие скачки электрического тока.

Эти импульсы обладают свойствами, напоминающими работу модели LIF — «утечка, накопление и сброс».

Если говорить проще, биологический нейрон получает множество сигналов, накапливает их, достигает определённого порога и выдаёт импульс.

Оказалось, что похожая динамика может возникать непосредственно внутри атомной структуры материала.

Компьютер, которому не нужно изображать нейрон

Современная электроника в основном работает как система очень быстрых переключателей.

Мозг устроен иначе. Нейроны постоянно получают сигналы, накапливают их и реагируют, когда достигается определённый порог.

Поэтому инженеры создают нейроморфные компьютеры — системы, принцип работы которых напоминает нервную сеть.

Но возникает интересная возможность.

Вместо того чтобы заставлять электронику имитировать нейрон, можно использовать материал, который способен демонстрировать похожее поведение сам.

Исследователи наблюдали, как при напряжении около 200 милливольт в кристалле возникают электрические всплески, связанные с перестройками его внутренней структуры. То есть сложное поведение появляется не только благодаря внешней программе.

Часть «вычисления» происходит благодаря самой физике материала.

Откуда берётся эта необычная динамика?

Одну из ключевых ролей играет волна зарядовой плотности — организованное состояние электронов внутри материала.

Под воздействием напряжения эта структура перестраивается. Происходят каскадные изменения, сопровождающиеся электрическими импульсами.

Именно здесь появляется особенно интересная идея:

сложное поведение может возникать не потому, что кто-то запрограммировал каждую его деталь, а потому, что сама система обладает подходящей физикой.

Если подобные элементы удастся объединить в большие устойчивые системы, они могут стать основой новых нейроморфных устройств.

До искусственного мозга ещё очень далеко

Конечно, речь пока не идёт о создании искусственного разума.

Учёные обнаружили интересное физическое явление, а не полноценный искусственный нейронный мозг.

Предстоит ещё понять, насколько устойчивыми будут такие элементы, как объединять их в большие вычислительные системы и какие реальные задачи они смогут решать.

Но направление выглядит очень перспективным.

Почему это особенно интересно писателям-фантастам?

Потому что подобные открытия постепенно размывают привычную границу между живым и неживым, биологией и машиной.

Мы привыкли разделять: биология → мозг → мышление и материя → электроника → вычисления.

Но природа не обязана следовать нашим категориям.Если неживая материя способна самоорганизовываться, сохранять состояние и демонстрировать динамику, похожую на работу нейрона, возникает удивительный вопрос:

Где проходит граница между вычислением и мышлением?

Если однажды удастся объединить миллиарды подобных элементов, получим ли мы просто невероятно эффективный процессор?

Или при определённой сложности система начнёт демонстрировать свойства, которые мы пока даже не умеем предсказывать? Мы этого не знаем.

Но именно такие вопросы и делают научную фантастику особенно интересной.

Возможно, компьютер будущего будет не просто машиной, которая имитирует мозг.

Возможно, он будет построен из материи, которая сама умеет вести себя немного по-мозговому. И тогда вопрос будет звучать уже не: «Насколько умным может стать компьютер?»

А: «В какой момент сложная система перестаёт быть просто машиной?»

Пока до этого очень далеко. Но путь к будущему иногда начинается с совершенно крошечного события — с электрического импульса внутри кристалла.

И, пожалуй, именно поэтому за современной физикой стоит следить не только учёным, но и писателям-фантастам.

Потому что иногда будущее сначала появляется не в фантастическом романе, а в микроскопе.