Когерентность и синергетика интеллектуальных компонентов
Биофизические начала интеллектуальных экосистем.
Для человека нет будущего, ожидаемого в результате эволюции, вне его объединения с другими людьми.
наши современные души видят и чувствуют ныне мир, который
(по его размерам, связям и возможностям) ускользал от великих людей прошлого.
П. Тейяр деШарден (1881—1955)
Когерентность — явление сохранения соотношения между фазами различных колебательных процессов с обозначением синхронизации фаз волновых функций элементарных частиц, составляющих конкретную физическую структуру. Согласованное, коллективное поведение системы (макроуровень) и ее составляющих (микроуровень) может приводить к таким эффектам, как сверхпроводимость, сверхтекучесть. Коллективные взаимодействия физической структуры могут привести к появлению, благодаря когерентной синхронизации фаз волновых функций, составляющих структуры, совершенно нового физического свойства. Когерентное свойство световых лучей заключается в том, что между ними имеется постоянное соотношение фаз, благодаря чему они могут давать интерференцию. Все технические информационные средства,объединенные в глобальные сети, как раз и можно отнести к «структурам совершенно нового физического свойства» феномена информационно-технической революции, появившегося благодаря как коллективному взаимодействию, так и вследствие явления когерентной синхронизации интеллектуальных функций индивидуумов и человечества в целом. Возможно, к когерентной можно отнести синхронизированную совместную интеллектуальную деятельность людей одной культуры в отдельном регионе или при дневном солнечном освещении интеллектуальную активность в восточном или западном полушариях Земли. Можно предположить, что аналогичные явления наблюдаются и при интегративной работе нейронов левого и правого полушарий, а также эвристической деятельности мозга и составляющих его нейронов.
Интеллектуальная когерентность (лат. cohaerentia — сплоченность, сцепление, связь) — способность к явлению функций и феноменов нового свойства, благодаря согласованному синхронизированному взаимодействию, коллективному поведению компонентов интеллектуальной системы (микроуровенъ) и интеллектуальной системы в целом (макроуровень).
Синергичность. Синергия, синергизм (греч. sinergeia) — содружественное (совместное) действие нескольких агентов (действующих причин, лиц, групп, вызывающих те или иные явления в природе, окружающей среде) в одном и том же направлении. В развиваемом междисциплинарном научном направлении синергетики (совместного действия), основанного Г. Хакеном, к примерам синергетического характера относятся: появление нового вида в эволюции, действие мышц в одном направлении, образование (закладка) нового органа, явления дифференцировки в развитии организма и пр. Это направление можно рассматривать, как формирующееся научное обоснование ранее подмеченного в природе феномена «перехода количества в качество».
Возможно, целесообразно рассматривать «интеллектуальную синергетику» — процесс (не сводимый к простой суперпозиции информационных функций интеллектуальных компонентов) интегративной аналитико-синтетической (эвристической, интуитивной, творческой, логической, абстрактной, идеальной) деятельности-мышления интеллектуальной системы (с неожиданными эффектами «взрывного» характера, когда новое качество возникает скачкообразно при плавном изменении внешних и внутренних условий), возникающий в результате сочетанного взаимодействия ее составляющих элементарных структур и процессов в ходе целенаправленного, опосредованного и обобщенного познания, активного отражения объективной реальности.
Уместно отметить: как нейроны, объединяясь в мозг, выводят его на новый уровень функционирования — интеллектуальный, так и разумы, объединяются в человечество, которое по своей «новой» интеллектуальной функции преодолевает парадокс восприятия «единства — множества» миров.
Вернуться на предыдущую страницу
Источник
Значение слова «когерентность»
- Когере́нтность (от лат. cohaerens — «находящийся в связи»):
Когерентность нескольких колебательных или волновых процессов (в физике) — согласованность (скоррелированность) этих процессов во времени, проявляющаяся при их сложении.
Когерентность массива ставок (в теории вероятностей) — свойство массива ставок, заключающееся в том, что спорщик, сделавший ставки на некоторые исходы некоторых событий, никогда не проиграет спор вне зависимости от исходов этих событий.
Когерентность текста (в лингвистике) — целостность текста, заключающаяся в логико-семантической, грамматической и стилистической соотнесённости и взаимозависимости составляющих его элементов (слов, предложений и т. д.).
Когерентность памяти (в информатике) — свойство компьютерных систем, заключающееся в том, что два или более процессора или ядра могут получить доступ к одной области памяти.
когере́нтность
1. свойство по значению прилагательного когерентный
3. физ. в квантовой оптике характеристика интерференции квантовых состояний поля излучения ◆ Длина когерентности лазерного луча достигала нескольких метров. Александр Жданов, «Проникновение», 1974 г. // «Техника — молодежи» (цитата из НКРЯ)
4. хим. свойство химических систем формировать колебательные режимы реакции
5. лингв. целостность текста, заключающаяся в логико-семантической, грамматической и стилистической соотнесённости и взаимозависимости составляющих его элементов структуры (слов, предложений и т. д.)
Фразеологизмы и устойчивые сочетания
Делаем Карту слов лучше вместе
Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!
Спасибо! Я обязательно научусь отличать широко распространённые слова от узкоспециальных.
Насколько понятно значение слова дематериализоваться (глагол), дематериализовался:
Источник
КОГЕРЕНТНОСТЬ
Философский энциклопедический словарь . 2010 .
Смотреть что такое «КОГЕРЕНТНОСТЬ» в других словарях:
КОГЕРЕНТНОСТЬ — (от лат. cohaerens находящийся в связи), согласованное протекание во времени и в пр ве неск. колебат. или волн. процессов, проявляющееся при их сложении. Колебания наз. когерентными, если разность их фаз остаётся постоянной (или закономерно… … Физическая энциклопедия
Когерентность — Когерентность. Сложение двух гармонических колебаний (пунктир) с амплитудами А1 и А2 при различных разностях фаз. Результирующее колебание сплошная линия. КОГЕРЕНТНОСТЬ (от латинского cohaerens, родительный падеж cohaerentis пребывающий во… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Когерентность — Когерентность ♦ Cohérence Связность (co haerens), но не столько физическая, сколько логическая. Когерентным называют то, что непротиворечиво. Нетрудно заметить, что когерентность не может служить доказательством, вернее, служит… … Философский словарь Спонвиля
КОГЕРЕНТНОСТЬ — (от лат. cohaerens находящийся в связи) согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов. Если разность фаз 2 колебаний остается постоянной во времени или меняется по строго определенному закону, то Колебания… … Большой Энциклопедический словарь
КОГЕРЕНТНОСТЬ — КОГЕРЕНТНОСТЬ, в физике свойство ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, которое заключается в том, что между двумя или более множествами волн имеется постоянное соотношение фаз. Если пики и спады одной волны всегда находятся на одном и том же расстоянии от … Научно-технический энциклопедический словарь
когерентность — сущ., кол во синонимов: 2 • согласованность (32) • соотнесенность (6) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
когерентность — и, ж. cohérence f. связь, соединение, соотношение. Физ. Постоянное во времени соотношение между фазами световых волн, дающее возможность получать интерференционные явления. Когерентные лучи получают от одного и того же источника. Лучи, взятые от… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
когерентность — Согласованное протекание во времени нескольких колебательных процессов, проявляющееся при их сложении. [Гипертекстовый энциклопедический словарь по информатике Э. Якубайтиса] [http://www.morepc.ru/dict/] Тематики информационные технологии в целом … Справочник технического переводчика
КОГЕРЕНТНОСТЬ — согласованное протекание во времени нескольких колебательных или волновых процессов, проявляющееся при их сложении. Простейший случай К. два гармонических колебания с одинаковыми частотами и постоянной разностью фаз. К. колебаний является… … Большая политехническая энциклопедия
Когерентность — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия
Источник
Квантовая азбука: «Когерентность»
Можно ли потревожить квантовую систему чуть-чуть, а потом вернуть все обратно?
Квантовый мир очень далек от нашего, поэтому его законы часто кажутся нам странными и контринтуитивными. Однако важные новости из квантовой физики приходят буквально каждый день, так что иметь о них правильное представление сейчас необходимо — иначе работа физиков в наших глазах превращается из науки в магию и обрастает мифами. Мы уже говорили о квантовых компьютерах, нелокальности и квантовой телепортации. Сегодня речь пойдет о еще одной загадочной квантовой штуке — когерентности. Рассказывает о ней младший научный сотрудник Российского квантового центра Алексей Федоров.
Что такое когерентность? Есть ли какие-то хорошие аналогии из классической физики?
Понятие когерентности впервые возникает именно в классической физике, когда речь идет про колебания. Классическая когерентность — это постоянство относительной фазы между двумя или более волновыми процессами одной частоты. Когда говорят о когерентности всегда вспоминают интерференцию — эффект, при котором суммарный поток энергии от нескольких когерентных источников в некоторой точке пространства получается не непосредственным сложением потоков энергии от каждого источника, а чуть сложнее. Говоря формально, нужно сложить комплексные амплитуды, которые описывают приходящую от каждого источника волну, потом взять модуль полученного комплексного числа и возвести его в квадрат (с некоторым коэффициентом, чтоб с размерностями все было хорошо).
За счет суммирования комплексных амплитуд, а не интенсивностей, в пространственном профиле интенсивности образуется хорошо знакомая интерференционная картинка. Именно отличие результирующей интенсивности волнового процесса от суммы интенсивностей его составляющих и есть признак интерференции.
Теперь к квантовой механике. Одним из основных положений квантовой механики является то, что микроскопические частицы в своем поведении проявляют волновые свойства. Но если в классической физике мы говорили, например, о волнах напряженности электромагнитного поля, то для микроскопических частиц речь идет волнах вероятности, описывающимися комплексными «амплитудами вероятности», известными также под названием «волновая функция». Именно эта идея заложена в уравнение Шрёдингера.
Для волн вероятности, как и любых других волн, также характерны все те же эффекты, связанные с возможностью наложения волн друг на друга. В квантовой механике такое наложение называют (когерентной) суперпозицией. Именно суперпозиция приводит к «квантовым» эффектам дифракции и интерференции.
Квантовые системы могут находиться в когерентной суперпозиции состояний, даже если это суперпозиция (с классической точки зрения) взаимоисключающих состояний. Прямое применение квантовых законов к классическому миру ведет к парадоксальным ситуациям, одна из наиболее известных — кошка Шрёдингера. Да, в ящик Шрёдингер хотел посадить именно кошку (die Katze), а не кота.
Почему когерентность необходима для квантовых вычислений?
Квантовая когерентность позволяет реализовать квантовый параллелизм. Архитектура квантовых компьютеров отличается от архитектуры классический вычислений в нескольких важных аспектах (про это в квантовой азбуке уже говорилось, но напомнить основы будет не лишним).
Система битов заменяется на систему кубитов, которая находится в некотором начальном состоянии. Логические операции выполняются не классическими логическими элементами, а их квантовыми аналогами. Таким образом, в квантовом компьютере через квантовый логический элемент («гейт») может проходить сразу целый набор (когерентная суперпозиция) входных сигналов, дающих суперпозицию соответствующих выходных сигналов. Это и обеспечивает преимущество квантовых вычислений над классическими в некоторых классах задач, например, в задаче факторизации.
Правда тут есть тонкость: после того как квантовый компьютер закончит вычисления, ответы к задачам, которые он решал, будут также находиться в состоянии суперпозиции. Как только мы попытаемся выяснить, каковы эти ответы, мы получим только один, случайно выбранный ответ. Но проделав вычисления много раз, мы можем говорить об ответе с достаточной степенью вероятности.
Квантовый компьютер имеет преимущество над классическим в определенных классах задач. С одной стороны, это ограничивает его применения и свидетельствует о том, что он, возможно, не заменит нам классический персональный компьютер. Хотя, высказывая подобные предположения стоит помнить о том, что на заре компьютерной эры миру приписывали необходимость всего в пяти компьютерах.
Кроме того, класс задач, с которым квантовый компьютер справляется лучше классического, лежит в основе современных представлений о криптографии и информационной безопасности. Так что возможное появление квантового компьютера уже меняет правила в информационных технологиях.
Что такое декогеренция, какие процессы могут к ней приводить?
В классической физике явление декогеренции также существует. Декогеренция — нарушение когерентности — это исчезновение когерентных свойств, связанное с потерей постоянства относительной фазы между источниками, что, например, приводит к разрушению интерференционной картины, о которой мы говорили выше.
В квантовой механике все сложнее и намного интереснее. Декогеренция представляет собой взаимодействие квантовой системы с окружающей средой, при котором квантовое состояние системы неконтролируемо изменяется. С точки зрения теории квантовой информации декогеренции соответствует возникновение запутанности между степенями свободы квантового состояния и степеняими свободы окружения.
При этом в окружение попадает часть информации о квантовом объекте, в то время, как в квантовую систему попадает часть информации об окружении. Декогеренция происходит из-за того, что хаос неопределенности состояния окружения врывается в состояние квантовой системы, изменяя его неконтролируемым образом.
Рассмотрим это на примере знаменитого опыта Юнга: будем стрелять из «квантового пулемета» частницами на экран с двумя щелями . Если после экрана поставить детектор электронов, то мы увидим интерференционную картину. В опыте Юнга интерференция пропадает тогда, когда в окружение попадает информации, через какую из двух щелей прошла частица. Это может быть связано, как с наличием специальной экспериментальной установки (например, подсвечивающих каждую из щелей «фонариков»), так и с неконтролируемыми экспериментаторами явлениями. Казалось бы это чудо, но нет — это «взаимодействие» квантовой системы с наблюдателем.
Если рассматривать поведение всех, в том числе и макроскопических, объектов с точки зрения квантовой механики, то декогеренции соответствует возникновение запутанности между конкретным квантовым объектом и окружением. По причине декогеренции мы не видим кошек, одновременно бегущих в противоположных направлениях.
Как определить, что произошла декогеренция?
Декогеренцию можно обнаружить, например, по исчезновению интерференционной картины. Есть такой простой эксперимент «Welcher Weg» («который путь»). В нем, фактически, мы просто посылаем фотоны на светоделитель, через который фотон либо проходит (назовем это «путь 1»), либо отражается (назовем это «путь 2»). Затем с использованием зеркал мы сводим два пути в другой светоделитель, на каждом из выходов которого стоит детектор одиночных фотонов.
К примеру, если в этом эксперименте интерферометр (т.е. соотношение между длинами путей) изначально был настроен на то, что все фотоны выходят строго в одном из двух направлений выходного светоделителя. При декогеренции, т.е. разрушения состояния когеретной суперпозиции между путями, они будут выходить с вероятностью 1/2 в каждом из двух направлений.
Предположим, квантовый компьютер выполнял некую операцию и произошла декогеренция (например, на середине исполнения алгоритма Шора, или каких-либо более простых операций). Каков будет результат вычисления, чем он будет отличаться от вычисления на полностью когерентных кубитах?
Декогеренция будет приводит к искаженному результату вычислений (который, возможно, еще и будет меняться от запуска к запуску) в выходном квантовом регистре. Например, в результате выполнения алгоритма Шора для числа 15 мы будем получать не стабильно 3 и 5, а с какой-то вероятностью 3 и 5, и с какой-то вероятностью всевозможные иные результаты (2 и 4, 3 и 6 и т.д.)
Как бороться с декогеренцией? Можете ли Вы привести какие-то примеры? Сложнее ли сохранять когерентность в многокубитных системах?
Для борьбы с декогеренцией нужен контроль окружения, поскольку даже малейшее воздействие окружения может привести к декогеренции. Таким образом, нужно чтобы изучать квантовые суперпозиции, необходимо тщательно изолировать их от окружающей среды.
Интересно, что последнее обстоятельство породило концепцию квантового сенсора: раз квантовые состояния так чувствительны к внешним воздействиям, значит с их помощью можно проводить сверхчувствительные измерения. Недавно с помощью квантового сенсора на NV-центрах было проведено измерение сигнала от отдельного нейрона.
На практике для борьбы с декогеренцией используются низкие температуры и различные компенсационные схемы для медленно меняющихся флуктуаций в параметрах окружающей среды. Например, ученые научились обращать декогеренцию вспять в экспериментах с «спиновым эхо» (о нем чуть ниже).
В многокубитных системах сложнее балансировать между необходимостью заставить кубиты «слышать» друга друга и «разговаривать» между собой, и при этом «не слышать» окружение. Принципиальных физических ограничений для этого нет, но на пути к решению такой задачи есть ряд технологический затруднений.
Как долго сохраняется когерентность в современных кубитах?
Недавно ученые Мэрилендского университета построили устройство из пяти кубитов на основе ионов иттербия в электромагнитных ловушках (о ней N+1 писал). В частности, в этой работе, являющейся одной из самых свежих, это времена порядка секунд.
Насколько эта величина соответствует требованиям, предъявляемым концепцией квантовых компьютеров?
Нужно чтобы время когерентности превосходило время, за которое происходит вычисление и коррекция ошибок. Таким образом, достижимое время когерентности является достаточным чтобы проводить вычисления. Однако этого пока недостаточно, чтобы сделать полноценный и универсальный квантовый компьютер, поскольку для этого требуется долговременная память и другие элементы, в которых время когерентности должно быть больше. Другой интересный подход состоит в развитии топологических квантовых вычислений, которые являются устойчивыми к ошибкам.
Как связана декогеренция и коллапс волновой функции? Это про одно и то же?
Это «добрый полицейский» и «злой полицейский».
Суть обоих этих процессов состоит в утечке информации о состоянии квантовой системы в окружающую среду. Когда говорят о декогеренции, данный процесс представляется относительно плавным и растянутым во времени — как допрос доброго полицейского. В случае коллапса он подразумевается практически мгновенным и интенсивным — злому полицейскому нужны ответы сразу. И неважно что там с дальше будет с нашей квантовой системой.
Часто говорят о коллапсе волновой функции в момент измерения, хотя фактически измерение есть срежессированная версия декогеренции, при которой роль окружения берет на себя измерительный прибор, транслирующий информацию о квантовой системе на макроскопический уровень (условно говоря, на отклонение стрелки). Можно сказать, также, что коллапс волновой функции представляет собой предельный случай декогеренции.
А можно декогеренцию чуть-чуть сломать, а потом вернуть на место?
Исходя из природы процесса декогеренции понятно, что для обращения декогеренции требуется вернуть информацию, известную окружению о квантовой системе, обратно в квантовую систему, т.е. макроскопическому окружению требуется её «забыть». В общем, это очень сложно, поскольку процесс утечки информации является необратимым из-за того, что степеней свободы, в которых эта информация может храниться чрезвычайно много, и все они быстро обмениваются ей между собой. Поэтому чтобы вернуть все на свои места нужно достаточно хорошо контролировать окружение. Все как у людей, в общем.
Однако принципиально трюк по обращению декогеренции возможен, например, в эксперименте под названием «спиновое эхо». Его суть состоит в том, что время эволюции квантовой системы (например, ядерного спина) было гораздо меньше, чем время характерного изменения внешних условий (магнитного поля). Применяя специальную последовательность операций, можно обращать процесс утечке информации о квантовой системы вспять.
Подготовили материал Владимир Королев и Андрей Коняев
Источник