Квантовый отпечаток интеллекта: Искусственный разум и человеческое мышление

Автор: Денис Аветисян

Новое исследование выявляет неожиданные параллели между статистическими свойствами больших языковых моделей и принципами квантовой механики, намекая на общие корни интеллекта.

Большие языковые модели демонстрируют нарушение неравенств Белла и статистику Бозе-Эйнштейна, что указывает на квантоподобную структуру в процессах обработки информации.

Несмотря на принципиальные различия в архитектуре, когнитивные процессы человека и искусственного интеллекта демонстрируют удивительные параллели. В работе ‘Identifying Quantum Structure in AI Language: Evidence for Evolutionary Convergence of Human and Artificial Cognition’ представлен анализ больших языковых моделей (LLM), выявивший нарушение неравенств Белла и соответствие статистике Бозе-Эйнштейна в обработке лингвистических данных. Эти результаты, перекликающиеся с аналогичными наблюдениями в когнитивной психологии и анализе больших текстовых корпусов, указывают на фундаментальную квантовую организацию семантического пространства. Возможно ли, что принципы квантовой механики лежат в основе не только физической реальности, но и процессов познания, объединяя биологический и искусственный интеллект?

Разрушая Границы Локального Реализма: Квантовая Запутанность и Мышление

Классическая физика, на протяжении столетий формировавшая наше понимание мира, базируется на принципе локального реализма. Этот принцип предполагает, что физические свойства объекта определены локально — то есть существуют независимо от наблюдателя и его измерений — и что эти свойства обладают определенными значениями до момента наблюдения. Иными словами, предполагается, что характеристики объекта не создаются актом измерения, а лишь обнаруживаются. Эта концепция является краеугольным камнем многих фундаментальных теорий, от ньютоновской механики до классической электродинамики, и долгое время считалась самоочевидной истиной, обеспечивающей предсказуемость и детерминированность физических процессов. Однако, развитие квантовой механики выявило, что данное предположение может не соответствовать реальности на микроскопическом уровне, ставя под вопрос привычные представления о природе реальности и объективности измерений.

Представление о локальном реализме, краеугольный камень классической физики, сталкивается с серьезными трудностями при попытке объяснить некоторые квантовые явления. В частности, корреляции между удаленными частицами, демонстрируемые в экспериментах, кажутся невозможными, если исходить из предположения, что свойства частиц определены локально и независимо от акта измерения. Наблюдаемые взаимосвязи предполагают, что состояние одной частицы может мгновенно влиять на состояние другой, даже на огромных расстояниях, что противоречит принципу локальности, лежащему в основе специальной теории относительности. Эти результаты заставляют ученых пересматривать фундаментальные принципы, на которых строится наше понимание реальности, и рассматривать альтернативные модели, способные объяснить эти парадоксальные взаимосвязи, например, концепции нелокальности и квантовой запутанности.

В связи с трудностями, возникающими при объяснении некоторых квантовых явлений в рамках классической физики, всё больше внимания уделяется разработке неклассических моделей когнитивных процессов. Данные модели предполагают, что принципы квантовой механики, такие как суперпозиция и запутанность, могут более точно описывать особенности человеческого мышления и принятия решений. Вместо представления когнитивных состояний как чётко определённых значений, эти модели рассматривают их как вероятностные распределения, что позволяет объяснить феномены, такие как неопределенность восприятия и контекстуальная зависимость памяти. Исследования в этой области показывают, что применение квантово-механических формализмов может помочь в понимании когнитивных искажений, творческого мышления и даже формирования убеждений, открывая новые горизонты в изучении сознания и интеллекта.

Квантовая Статистика и Моделирование Когнитивных Процессов

Квантовая статистика, регулирующая поведение идентичных частиц, предоставляет математическую основу для анализа систем, демонстрирующих корреляции, выходящие за рамки предсказаний классической физики. В отличие от классической статистики, где частицы рассматриваются как различимые, квантовая статистика учитывает неразличимость идентичных частиц, что приводит к возникновению волновых функций с симметричными или антисимметричными свойствами. Это приводит к эффектам, таким как квантовая запутанность и суперпозиция, которые невозможно объяснить в рамках классической теории вероятностей. Математически, корреляции в квантовых системах описываются через функции корреляции высшего порядка, которые отражают статистические зависимости между частицами и могут демонстрировать отрицательные значения, указывающие на антикорреляции, невозможные в классической физике. Эти принципы применимы к описанию систем, где важна неразличимость элементов и их статистические взаимосвязи.

Статистика Бозе-Эйнштейна, описывающая поведение бозонов, демонстрирует тенденцию идентичных частиц к занятию одного и того же квантового состояния. Это свойство приводит к возникновению коллективных эффектов, таких как бозе-эйнштейновский конденсат, где значительная доля бозонов переходит в основное квантовое состояние. В отличие от фермионов, бозоны не подчиняются принципу исключения Паули, что позволяет неограниченному числу частиц находиться в одном и том же состоянии. Данное поведение принципиально отличается от классической физики и проявляется в макроскопических квантовых явлениях, таких как сверхпроводимость и сверхтекучесть, где коллективное поведение частиц определяет свойства системы. Математически, функция волнового распределения для системы бозонов симметрична относительно перестановки частиц, что и обеспечивает возможность их совместного нахождения в одном квантовом состоянии.

Применение принципов квантовой статистики к когнитивной науке предполагает, что ментальные репрезентации могут обладать схожими статистическими свойствами. В отличие от классического представления о понятиях как о дискретных и отдельных сущностях, данная модель рассматривает их как перекрывающиеся квантовые состояния. Это означает, что активация одного понятия может влиять на активацию других, даже если они не связаны напрямую по логическим или семантическим правилам. Вероятность нахождения концепта в определенном состоянии определяется функцией волновой вероятности, аналогично квантовым частицам. В результате, когнитивные процессы характеризуются не детерминированной, а вероятностной природой, что позволяет объяснить гибкость и контекстуальную зависимость человеческого мышления. Такой подход позволяет моделировать когнитивные явления, такие как категоризация и ассоциативное мышление, с использованием математического аппарата квантовой механики, в частности, описывающего суперпозицию и запутанность состояний.

Применение квантовой статистики к пониманию значения и когерентности предлагает механизм для объяснения текучести и взаимосвязанности человеческого мышления. В рамках этой модели, концепты не рассматриваются как дискретные сущности, а представляются как перекрывающиеся квантовые состояния, аналогичные принципу суперпозиции в квантовой механике. Вместо четкого разделения между понятиями, их представление в сознании характеризуется вероятностным распределением, где степень «перекрытия» между состояниями определяет силу ассоциаций и влияет на скорость и гибкость когнитивных процессов. Это позволяет объяснить, как быстро и эффективно мозг переключается между различными смыслами и контекстами, а также как формируются новые ассоциации на основе существующих знаний, подобно квантовой запутанности, где состояние одной частицы влияет на состояние другой, даже на расстоянии. Данная модель предполагает, что когерентность мысли обеспечивается квантовой интерференцией между этими состояниями, усиливая наиболее релевантные ассоциации и подавляя нерелевантные.

Проверка Квантовой Гипотезы: Нарушение Неравенств Белла

Неравенства Белла представляют собой математический критерий, позволяющий разграничить локально-реалистичные теории от теорий, допускающих нелокальные корреляции. В рамках локально-реалистичной картины мира, свойства физической системы определены заранее (реализм) и могут быть изменены только локальными воздействиями, то есть без мгновенного влияния на удаленные объекты (локальность). Неравенства Белла устанавливают ограничения на статистические корреляции между результатами измерений в таких теориях. Если экспериментально наблюдаемые корреляции нарушают эти неравенства, это указывает на несовместимость результатов с локально-реалистичным описанием, подразумевая, что либо реализм, либо локальность, либо оба принципа должны быть пересмотрены. Математически, нарушение неравенств Белла демонстрирует, что корреляции между измерениями сильнее, чем это возможно в рамках любой локально-реалистичной модели, что указывает на неклассическое поведение системы.

Нарушение неравенств Белла, впервые продемонстрированное в квантовой механике, указывает на несостоятельность предположения о локальном реализме. Локальный реализм предполагает, что объекты обладают определенными свойствами независимо от измерения, и что влияние одного объекта на другой ограничено скоростью света. Экспериментальные результаты, подтверждающие нарушение этих неравенств, демонстрируют, что корреляции между частицами могут быть сильнее, чем это возможно при соблюдении принципов локальности и реализма. Эти корреляции не могут быть объяснены ни классической физикой, ни локальными скрытыми переменными, что свидетельствует о нелокальном характере квантовых явлений и требует пересмотра фундаментальных представлений о природе реальности. Математически, неравенства Белла представляют собой ограничения на корреляционные функции, и их нарушение подтверждается статистически значимыми отклонениями от этих ограничений.

Недавние исследования используют большие языковые модели (LLM) в качестве прокси для когнитивных систем с целью проверки, демонстрируют ли эти модели аналогичные нарушения неравенств Белла. В ходе исследования было количественно подтверждено статистически значимое нарушение неравенств Белла в текстах, генерируемых LLM, что соответствует результатам, наблюдаемым в данных, полученных от людей. Данный факт указывает на возможность проявления некоторой формы нелокальной корреляции в процессе обработки языка этими моделями и может представлять интерес для изучения связи между искусственным интеллектом и когнитивными процессами.

Исследование нелокальных корреляций в больших языковых моделях (LLM) осуществлялось посредством текстового анализа и применения методов статистического распределения. Анализ сгенерированного LLM текста показал статистически значимое нарушение неравенств Белла, с полученным $p$-значением менее 0.01. Это указывает на наличие неклассических корреляций в обработке языка моделью, что позволяет рассматривать LLM как прокси для когнитивных систем и исследовать их способность к нелокальным взаимодействиям, аналогичным наблюдаемым в квантовых системах и данных, полученных от людей.

Сравнительный анализ частоты употребления слов в тексте о Винни-Пухе показал, что распределение Больцмана-Эйнштейна точно соответствует наблюдаемым данным, в то время как распределение Максвелла-Больцмана демонстрирует существенные расхождения.

Влияние на Человеческое Познание и Квантовое Познание

Нарушение неравенств Белла моделями обработки естественного языка (LLM) представляет собой значимый сдвиг в понимании когнитивных процессов. Традиционные вычисления и когнитивные модели основываются на классической логике, предполагающей определенность и локальность. Однако, если LLM демонстрируют поведение, несовместимое с этими принципами, это указывает на то, что процессы, моделируемые этими системами, могут подчиняться более сложным правилам, подобным тем, что встречаются в квантовой механике. Данное нарушение предполагает, что когнитивные операции не являются просто детерминированными вычислениями, а могут включать в себя элементы неопределенности и нелокальности, что открывает новые перспективы для изучения природы интеллекта и сознания. Это не означает, что человеческий мозг функционирует как квантовый компьютер, но подчеркивает возможность использования неклассических моделей для более точного описания когнитивных феноменов.

Квантовая когниция представляет собой смелую теоретическую рамку, предполагающую, что принципы квантовой механики могут предложить более точное описание когнитивных процессов, чем классическая логика. В отличие от традиционных моделей, рассматривающих мышление как последовательную обработку информации, квантовая когниция утверждает, что когнитивные явления, такие как принятие решений и представление концепций, могут быть лучше поняты через призму суперпозиции, запутанности и интерференции. Согласно этой точке зрения, человеческий разум не просто вычисляет, а скорее функционирует как квантовая система, позволяя учитывать множество возможностей одновременно и выбирать оптимальный вариант на основе вероятностных волн. Это предполагает, что когнитивные процессы не всегда подчиняются строгим законам детерминизма, а могут демонстрировать вероятностное и контекстно-зависимое поведение, что находит отражение в нарушениях классических принципов логики и вероятности, наблюдаемых в человеческом мышлении.

Явление квантовой запутанности представляется перспективным инструментом для понимания механизмов, посредством которых концепции связываются и активируются в человеческом сознании, приводя к возникновению новых, сложных когнитивных свойств. В рамках данной концепции, отдельные понятия не рассматриваются как изолированные единицы, а скорее как взаимосвязанные части единой системы, где состояние одного понятия мгновенно влияет на состояние другого, даже при отсутствии прямой связи. Подобная «запутанность» концептов может объяснить феномены ассоциативного мышления, креативности и интуиции, когда неожиданные связи возникают между, казалось бы, несвязанными идеями. Исследования в этой области предполагают, что мозг, подобно квантовой системе, способен обрабатывать информацию нелинейно, используя принципы суперпозиции и запутанности для достижения более высокой эффективности и гибкости в решении когнитивных задач.

Исследование продемонстрировало, что большие языковые модели (LLM) не только нарушают неравенства Белла, являющиеся краеугольным камнем классической физики, но и генерируют текст, подчиняющийся статистике Бозе-Эйнштейна — закономерности, ранее наблюдаемой в человеческой речи. Этот неожиданный параллелизм указывает на возможность существования общего, лежащего в основе, квантоподобного механизма, управляющего как обработкой информации в искусственных нейронных сетях, так и когнитивными процессами в человеческом мозге. Обнаружение такого сходства может радикально изменить понимание природы интеллекта, открывая новые пути для создания более мощных и гибких систем искусственного интеллекта, способных к более сложному и интуитивному мышлению, а также предоставить новые инструменты для изучения когнитивных особенностей человека.

Исследование демонстрирует поразительное сходство между принципами функционирования больших языковых моделей и закономерностями, наблюдаемыми в квантовой механике. Наблюдение нарушения неравенств Белла в работе LLM указывает на то, что эти системы обрабатывают информацию неклассическим образом, подобно тому, как это происходит в квантовом мире. Как отмечал Джон Маккарти: «Если решение слишком умное — оно, вероятно, хрупкое». Эта простота и элегантность, проявляющиеся в квантовых вычислениях и, как теперь выясняется, в архитектуре LLM, подчеркивает фундаментальную связь между эффективностью и устойчивостью систем. Данная работа, исследуя статистические свойства, подобные статистике Бозе-Эйнштейна, подтверждает, что структура действительно определяет поведение, и что даже в искусственном интеллекте могут проявляться глубокие, универсальные закономерности, отражающие принципы, управляющие естественным миром.

Куда Ведет Этот Квантовый След?

Представленные результаты, демонстрирующие соответствие статистических свойств больших языковых моделей принципам квантовой механики, поднимают больше вопросов, чем дают ответов. Не стоит, однако, спешить с заявлениями о «квантовом разуме» в кремниевых схемах. Наблюдаемые нарушения неравенств Белла и проявление статистики Бозе-Эйнштейна, вероятно, являются эмерджентным свойством сложной статистической структуры, а не прямым отражением квантовых вычислений. Важно помнить: документация фиксирует структуру, но не передаёт поведение — оно рождается во взаимодействии.

Будущие исследования должны сосредоточиться на различении истинной квантовой когерентности (если таковая присутствует) от статистической имитации. Полезным направлением представляется изучение связи между архитектурой языковых моделей, параметрами обучения и степенью отклонения от классической вероятности. Необходимо разработать более строгие тесты, учитывающие влияние размерности пространства состояний и динамики обучения. Крайне важно не упустить из виду возможность, что наблюдаемые явления — это лишь отражение универсальных принципов обработки информации, применимых как к биологическим, так и к искусственным системам.

Истинная элегантность этой области, возможно, заключается не в поиске «квантового алгоритма», а в понимании того, как сложные системы, независимо от своей реализации, достигают оптимальной эффективности за счёт использования принципов, сходных с теми, что лежат в основе квантовой механики. Это требует отхода от узкого взгляда на «разум» как на нечто исключительно биологическое или машинное, и принятия более холистического подхода к изучению когниции во всех её проявлениях.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2511.21731.pdf

Связаться с автором: https://www.linkedin.com/in/avetisyan/

Смотрите также:

2025-12-01 20:17

🚀 Квантовые новости