Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1 Тест позиция «Deep Though».
Рис.2 Реализация волнового алгоритма Ли. Отображены три возможных кратчайших путей.
Рис.3. Цифрами указаны вероятности нахождения системы в состоянии, которое кодирует определенную ячейку.
Рис.4 Реализация алгоритма Ли в трехмерном пространстве. Отображена первая волна.

Искусственный интеллект и квантовые вычисления

Ключевые слова:  интернет-олимпиада, искусственный интеллект , квантовый компьютер, творчество

Автор(ы): А.Р.Хадиев

Опубликовал(а):  Шушарина Анастасия Леонидовна

20 мая 2011

В нашем обыденном понимании искусственный интеллект (ИИ) — это некое подобие самого человека. Это созданное его руками существо, которое будет способно чувствовать, творить что-то новое и понимать. Поэтому проблема ИИ отчасти философская - человек сам не до конца понимает природу всех психофизических процессов, которые с ним происходят. Все чувства, переживания и терзания души трудно будет смоделировать с помощью машины, да и творить что-то совершенно новое компьютер, я думаю, научится не скоро. Но есть одна способность, которой ученые стремятся одарить современные машины — это способность к пониманию. Что есть понимание?
Давайте для наглядности разберем случай [1], который произошел при тестировании шахматной программы «Deep Thought», обыгрывающей шахматных чемпионов. В этом тесте программе была заранее введена нестандартная позиция, которая показана на рис.1. Компьютер, играя белыми, совершил грубейшую ошибку. Даже людям, которые играют всего несколько лет, ясно, что такую позицию можно свести к ничьей, однако, программа пешкой съедает ладью и проигрывает. Этот пример говорит о том, что, зная определенные алгоритмы, программа может обыгрывать людей и даже чемпионов, но она в целом, не обладает пониманием принципов игры, а просто действует согласно определенным предписаниям. Другой пример состоит в том, что некоторые математические теоремы просто невозможно вывести с применением вычислительных методов, то есть компьютеры в силу применяемых ими методов физически не могут решить эти проблемы. Получается, созданная нами машина никогда не будет действительно разумной, в том смысле, что она никогда не будет способна понимать, что она делает и действовать на основе этого понимания. Но нельзя однозначно сказать, что создание ИИ невозможно — просто он не будет «машиной» в современном понимании этого слова. Для работы ИИ в нем должны протекать такие же процессы, которые ответственны за возникновение нашего человеческого сознания. Однако познания наук о человеческом мозге еще не позволяют познать его природу во всем его многообразии. Мы можем, на основании достижений современной науки, лишь предположить, что наиболее вероятно будет включать в себя ИИ. В одной замечательной книге [1], посвященной этой проблеме, говорится, что зачатки сознания необходимо искать на границе между квантовыми и классическими уровнями. На тех уровнях, когда начинается проявление квантовой суперпозиции, согласно которой, система может находиться в нескольких квантовых состояниях одновременно.

Давайте посмотрим, как справятся с одной практической задачей квантовый и классический компьютеры. Допустим, классическому и квантовому роботу дана задача - сходить в магазин за хлебом. По GPS они получили карту местности и разбили ее на элементарные участки и отметили препятствия. Один из алгоритмов, который позволит роботу найти самый короткий путь из точки «А» (расположение робота) в точку «В» (расположение магазина) - это алгоритм Ли («волновой алгоритм»). Из точки «А» распространяется в 4-х направлениях волна (рис. 2). Элемент, в который пришла волна, образует фронт волны. На рисунках цифрами обозначены номера фронтов волны. Каждый элемент первого фронта волны является источником вторичной волны, каждый второй элемент источником третьей волны и т.д. Построение идет до тех пор, пока волна не достигнет точки «В» и затем, в соответствии с приоритетами, идет построение пути робота (рис.2) таким образом, чтобы при движении от конечного элемента к начальному номер фронта волны (путевые координаты) уменьшались. Посчитаем сколько нужно совершить операций компьютеру, чтобы построить путь из точки «А» в точку «В». Для простоты выберем поле без препятствий, и пусть расстояние между двумя пунктами будет равно 10000. Запишем следующие формулы: an=4·n; где an– это количество ячеек некоторой волны, n – порядковый номер волны, например у первой волны 4 ячейки, что мы и видим на рисунке. Эта последовательность является арифметической прогрессией, сумма ее членов равна: Sn=(a1+2(n-1))·n; где Sn- сумма всех ячеек n волн, a1 – количество ячеек первой волны. Подставляя n=1000, a1=4, находим, что Sn=200020000. Получается, что для присвоения каждой клеточке своего номера классический компьютер совершает ≈ 2·108 операций. Для современных компьютеров это решаемая задача. Посмотрим, как с этой задачей справиться квантовый компьютер. В силу принципа суперпозиции квантовая система из n кубитов способна одновременно находится в 2n состояний. Посчитаем, сколько потребуется кубитов, чтобы закодировать каждую ячейку из предыдущей задачи.

2n=2·108;
n=log22·108;
n≈28;

В начальном состоянии у нас имелось 28 обнуленных кубитов. Пусть при некотором воздействии «F1» произошла эволюция связанной системы кубитов таким образом, что их общая волновая функция, при этом:

|ψ>=a1|0…000>+a2|0…001>+a3|0…010>+a4|0…011>+…+aS|1…111>; где S=2·108, при чем |ψ|2=1 Зададим воздействие «F1» таким образом, что каждый член суммы aS|…> кодирует некоторую ячейку по определенному закону. Этим действием мы нумеруем каждую ячейку известным нам образом. Назовем те ячейки, через которые может быть проложен путь из точки «А» в точку «В» «путевыми», а ячейки, через которые кратчайший путь не построить – «лишними». Если мы произведем измерение (считывание) системы кубитов, то обнаружим, что система находится в одном из этих aS|…> состояний. Причем, вероятность нахождения системы в этом состоянии составляет |aS|². Сразу после воздействия «F1» так повлияем на систему кубитов (воздействие «F2»), чтобы в результате эволюции вероятность нахождения системы кубитов в состояниях, которые отвечают за «путевые» ячейки была максимальной, а в состояниях, которые отвечают за «лишние» ячейки – минимальной (рис.3). Если после операции «F2» измерять систему кубитов, то наиболее вероятными будут состояния, которые отвечают за «путевые» ячейки. Измерив состояние системы определенное количество раз и обработав полученные данные, можно с некоторой вероятностью найти кратчайший путь из точки «А» в точку «В». Для нахождения пути в 10000 ячеек необходимо, как минимум, произвести 10000 измерений. С циклами обнуления-операция «F1»-операция «F2»-считывание это составит 40000 операций. Для повышения эффективности метода количество измерений, конечно же, должно быть больше, и должна быть система коррекции ошибок. Хоть и быстродействие квантового компьютера на несколько порядков превышает быстродействие классического (40000 против 2·108), для восприятия человека это будет несущественной разницей. Теперь посмотрим, как квантовый и классический компьютер справятся с более сложной задачей. Представим, что два пункта расположены в трехмерном пространстве и нам также необходимо найти кратчайший путь по алгоритму Ли (рис.4). Для каждой волны получаем: an=4·n2+2; Sn=(4n3+6n2+8n)/3; Подставляя исходные данные, получаем Sn≈1.33·1012. Теперь же эта задача доставит классическому компьютеру трудности не только со стороны скорости вычисления, но и со стороны требуемой оперативной памяти. Как же с задачей справиться квантовый компьютер? Найдем количество необходимых кубитов:

2n=1.33·1012;
n=log21.33·1012;
n≈40;

Общая волновая функция системы кубитов равна: |ψ>=a1|0…000>+a2|0…001>+a3|0…010>+a4|0…011>+…+aS|1…111>; где S=1.33·1012 Несмотря на то, что сейчас пункты «А» и «В» находятся в трехмерном пространстве, путь между ними все также составляет 10000 ячеек и все также необходимо произвести, как минимум, 40000 операций. Вся прелесть такого метода в том, что при измерении выводятся только те ячейки, через которые может проходить путь, а «лишние» ячейки системой кубитов почти не отображаются. Для нахождения пути по квантовому алгоритму будет затрачено минимальное время, и будет необходим гораздо меньший объем оперативной памяти. Как видно, в трехмерной задаче квантовый компьютер имеет существенное преимущество, а в большинстве случаев человеку приходится решать именно многомерные задачи. Представьте себе, как усложниться задача, если на территории находится несколько магазинов, и необходимо брать в расчет не только препятствия на пути движения, но и наличие ассортимента, стоимость товара, его качество, предпочтения хозяина, имеющееся в распоряжении время и т.д. В принципе, огромное число задач, будь то окончить университет, получить специальность, можно представить в виде передвижения от точки «А» в точку «В». Для квантового компьютера решение многомерной задачи придет быстрее, ведь при измерении кубитов, отображаются в основном состояния, которые соответствуют правильному пути. Что это за операция «F2», в результате которой сохраняются все «путевые» ячейки и отбрасываются «лишние»? Я лишь могу предположить, что эту операцию можно задать каким-то математическим образом. Если задуматься, то в нашем мозгу происходит что-то подобное. Мы сначала просто догадываемся, как необходимо решать проблему, а лишь затем находим здравое объяснение своему решению. Я считаю, что понимание, которым мы хотим одарить компьютеры, тесно связано с интуицией и опытом. Опыт является исходными данными и располагаемыми средствами при решении задачи, а интуиция, располагая ими, приводит к верному решению. Для того, чтобы ИИ обладал опытом в определенной области, необходимо производить его обучение. С этим бы отлично справились компьютерные симуляторы, подобные современным играм, которые максимально соответствуют реальности. Квантовый компьютер полностью не заменить классический. Наиболее вероятен их тандем, при котором современный компьютер управляет квантовым и периодически обращается к нему, когда необходимо решить трудную задачу. Для работы квантового компьютера часто требуются экстремальные условия: низкая температура, защита от внешних помех и т.д. Эти условия трудно обеспечить для миллиарда компьютеров. Гораздо выгоднее было бы разместить один большой и мощный квантовый компьютер в одном месте, к которому посредством связи периодически обращались классические. Это бы сильно увеличило производительность компьютеров, и, возможно, было бы первым шагом на пути создания искусственного интеллекта. Человеку не удастся создать ИИ до тех пор, пока он не разберется в себе. Ему необходимо узнать, как рождается мысль, что такое интуиция и что в его мозге отвечает за понимание. В своей работе я хотел показать, что возможно, интуиция, и в какой-то мере понимание, работают на квантовых принципах. И используя особенности квантового мира, можно создать некое подобие искусственного интеллекта.

Используемая литература:

1. Пенроуз Р. Тени разума: в поисках науки о сознании. ­– Москва-­Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2005. ­ 688 с.


В статье использованы материалы: Интернет-олимпиада


Средний балл: 9.8 (голосов 6)

 


Комментарии
Спасибо, что опубликовали работу!
Думаю, что если любого человека поставить в ситуацию, когда необходимо будет выбрать кого именно спасать из пожара - то даже для него это будет довольно сложная задача. Для каждого человека будет свой, правильный выбор. Тоже самое будет и для любого отдельного робота - ведь каждый робот может проходить "разное" обучение. Только они будут обладать преимуществом в том, что вычислительные и физические возможности у робота будут больше и он, возможно, сможет при пожаре спасти несколько человек.
Эта проблема освещается и в следующих статьях :
Менский М.Б. “Концепция сознания в контексте квантовой механики”
Менский М.Б., Успехи Физических наук, УФН,170 631 ( 2000)
Менский М.Б., Успехи Физических наук, УФН,171 459 ( 2001)
Гинзбург В.Л., УФН, №4 , 2005, предисловие к статье
Мишу Менского знаю давно. В России он стал чуть ли не главным авторитетом по квантовоым подходам к сознанию. Но почему же он так много пьёт? И Эверетту верит?
Менский М.Б., Человек и квантовый мир, Странности квантового мира и тайна сознания, Век 2, 2007 :
“На пути построения квантовых компьютеров ( несмотря на то, что на неё направлены большие ресурсы) встречаются трудности, которые могут стать непреодолимыми. Они связаны с тем, что надо обеспечить квантовую когерентность огромного числа кубитов
( в качестве физической системы которых могут быть и атомы) . А для этого надо предотвратить любые неконтролируемые взаимодействия кубитов друг с другом и окружающей средой. Декогеренция нарушает квантовый параллелизм и сводит на нет все преимущества квантового компьютера ”
“Да и нужен ли он ещё - заменитель Жизни?”

...Никогда ИИ не создаст все чувства, и не поступит правильно в ситуации, ибо
“Наша жизнь складывается частью из безрассудных, частью из благоразумных поступков” ( стр. 291, Монтень М.).
"...но она в целом, не обладает пониманием
принципов игры, а просто действует согласно
определенным предписаниям."

- "объясните"!

"Все чувства, переживания и терзания души
трудно будет смоделировать с помощью машины,
да и творить что-то совершенно новое
компьютер, я думаю, научится не скоро."

- Это простой "повтор". А повтор не приводит к
желаемому результату.

"...она никогда не будет способна понимать,
что она делает и действовать на основе этого
понимания."

- многие люди не понимают того что делают. И
что?

"Для работы ИИ в нем должны протекать такие же
процессы, которые ответственны за
возникновение нашего человеческого сознания."

- Но это не факт.

"...зачатки сознания необходимо искать на
границе между квантовыми и классическими
уровнями."

- После смерти человек становится "легче" на 4
грамма. Может в этих граммах находится
сознание?

А Вы лично взвешивали? Мышь, говорят, тоже теряет в весе. Но можно ли верить жёлтой прессе? Предлагаю провести опыт в присутсвии квалифицированных физиков и биологов. Готов держать пари, что вес (в условиях герметизации объекта) не изменится. Неплохо бы и ребят из Комиссии по лженауке привлечь. Пишите мне по inrir@inbox.ru или звоните (499) 195 1224
"- После смерти человек становится "легче" на 4 грамма. Может в этих граммах находится
сознание?
*** А некоторые говорят, что на 9 граммов?
Но может не в этом истина, а в том, будет или же нет эволюция ИИ подобно оспариваемой в последнее время эволюции живого Дарвина.
Так где же будет истина?
Узнаем, наверное, ... позже.
Дожить бы и увидеть.
Некоторые ученые измерили:
" http://era-v...i-tajny-ee-
stroenija.html"
Небось, пресловутые "английские учёные"?
Свои координаты они хоть оставили? Мели емейля...
Трусов Л. А., 31 мая 2011 13:03 
на 9 тяжелее.
в некоторых случаях.
А так сложновато изложено для нашего школьного понимания
Для современного школьного понимания, все что сложнее youtube, все сложновато
«Я вот слушаю, слушаю и у меня возникает желание — может, министра уволить образования, или еще кого-нибудь», — заявил Медведев.

...искусственный интеллект
Владимир Владимирович, разрешите поинтересоваться. В чем состоит суть Вашего " "? Интересно услышать Вашу точку зрения!
Павел Геннадиевич,
Мой комментарий был исключительно нетематически-эмоциональный, извините.
некоторые тесты:

" http://fuga....02/05/robo-
man1.htm"
Shvarev Alexey, 01 июня 2011 08:08 
и здесь похоже курят :-(

Сашина мама:

Спасибо автору Азату Равилевичу за работу!
( Я Вашу работу слышала ещё на защите).

Столько книжек интересных прочли и столько проблем обсудили.
В нашу загруженную жизнь нашлось время для встреч и приятных бесед.

Уважаемый автор, вот ещё одно мнение,
преподавателя из института психологии :

“Мне показалось, что основной акцент в этой работе сделан на скоростных преимуществах квантового компа, перед обычным. Не думаю, что это всегда так. Как-то Айзек Азимов, пытаясь ответить на вопрос, может ли машина мыслить, заметил: представьте себе автомат по производству мыла, а теперь представьте, насколько кусок мыла, который изготавливает этот автомат, проще самого автомата. Покуда, все технические творения наших рук, будь-то супер компы или космические ракеты, оказывались таким куском мыла.

Единственно, где быть может, эта закономерность до сих пор еще не выполнялась, - это процесс обучения одного человека другим, и все благодаря тому,
что "неведомо, как наше слово отзовется".
Но не знаю, как долго еще продлиться это счастливое время.

Работая учителем, я например, обнаружил, что новое поколение совсем плохо решает текстовые задачи по математике, недолюбливает геометрию . И я вдруг понял, что причина здесь одна. Дело все в том, что как текстовые задачи, так и задачи по геометрии, а я уже не говорю по физике, требуют изначального перевода текста в формулы - инструкции, которые следует выполнять.
Откройте любой сайт, где учащиеся просят решить какую-нибудь задачу .
Все реже там встречаются слова "объясните, как решить" и все чаще "скажите в какие формулы подставлять".
Процесс обучения сводится к выполнению инструкций, и это на всех уровнях, а не только в школе. Школьник начинает мыслить, как комп. Он как и комп уже не умеет превращать слова в формулы-инструкции.
И в этом, как мне думается, основная проблема создания ИИ.

Но время идет, и скоро проблема, может ли машина мыслить,
так волновавшая умы 20 века,
будет снята (забыта), потому что сравнивать будет не с чем.


P.S. Последняя из книг по ИИ, которую я прочел, это книга Джеффа Хокинса "Об интеллекте". Мне она показалась интересной.

С уважением Б.В.”

Ссылка на книгу:
Большая электронная библиотека- и опять вставка не удалась.


А ИИ , проанализировав все обсуждения на нанометре, неожиданно выдал
( не в своём стиле, но, видимо , программой заложены все жанры мирового искусства ) французский анекдот:

“- Послушайте, сосед, так жить нельзя. Ваша собака укусила мою жену. Я буду жаловаться в полицию.
- Неужели нельзя кончить дело полюбовно? Я сейчас выведу свою жену. А вы выведите свою собаку, пусть она её тоже укусит. ”

П.Е. ! Просьба не комментировать!


http://www.b...&page=1
от Жанны Владиславовны
ссылка при нажатии не работает. для просмотра страницы с книгой "Об интеллекте " Блейсла Сандра скопируете в строку браузера следующий адрес
http://www.big-library.info/?act=read& ;book=9712&page=1
http://www.big-library.info/?act=read& ;book=9712
проще перейти по ссылке http://www.b...ibrary.info

и ввести в поиске вышеуказанную книгу
Трусов Л. А., 06 июня 2011 12:28 
Павел, спасибо.



Интересно, кто-нибудь объяснит, как всё-таки вставить ссылку или только опять критиковать будут.
спасиба за информацию

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Наноструктурная пленка золота
Наноструктурная пленка золота

Крабовый панцирь побеждает грязную нефть
Химики МГУ разработали уникальную люминесцентную методику определения маркеров «грязной нефти» (дибензотиофенов) с использованием селективной сорбции в оптически прозрачных материалах на основе сшитых гелей хитозана.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Броуновское движение скирмионов.Растягиваем графен правильно. Красное вино, кофе и чай помогают создавать материалы для гибкой носимой электроники. Металлическая природа кремния и углерода.

К 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире
Эксперты отметили рост числа научных публикаций отечественных ученых и сообщили, что к 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире по публикационной активности.
27 – 29 ноября в рамках юбилейных мероприятий Химического факультета МГУ и торжественной церемонии закрытия Международного года Периодической таблицы химических элементов эксперты подвели итоги 2019 г.

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.