我们有量子大脑吗？“非理性”行为遵循奇怪的规则

人类行为是一个让许多科学家着迷的谜。关于概率在解释我们的大脑如何运作方面的作用，已经有很多讨论。

概率是一个数学框架，旨在告诉我们事件发生的可能性有多大——并且适用于许多日常情况。例如，它将抛硬币的结果描述为 1/2 或 50%，因为抛硬币正面或反面的可能性相同。

然而，研究表明人类行为不能被这些传统或“经典”概率定律完全捕捉到。它能否用概率在更神秘的量子力学世界中的工作方式来解释？

数学概率也是量子力学的重要组成部分，量子力学是物理学的一个分支，描述了自然界在原子或亚原子粒子尺度上的行为。然而，正如我们将看到的，在量子世界中，概率遵循非常不同的规则。

过去二十年的发现揭示了“量子性”在人类认知中的关键作用——人脑如何处理信息以获取知识或理解。这些发现也对人工智能（人工智能）。

人类的“非理性”

诺贝尔奖获得者丹尼尔·卡尼曼其他认知科学家已经对他们所描述的人类行为的“非理性”进行了研究。当行为模式从数学角度来看没有严格遵循经典概率论的规则时，它们被认为是“非理性的”。

例如一项研究发现大多数通过期末考试的学生都喜欢在之后去度假。同样，大多数失败的人也想去度假。

如果学生不知道他们的成绩，经典概率会预测他们会选择假期，因为无论他们通过还是失败，这都是首选。然而，在实验中，大多数学生如果不知道自己做得如何，宁愿不去度假。

直观地说，不难理解，如果学生要一直担心考试成绩，他们可能不想去度假。

但经典概率并不能准确地捕捉到这种行为，因此它被描述为非理性的。在认知科学中已经观察到许多类似的违反经典概率规则的行为。

量子大脑？

在经典概率中，当提出一系列问题时，答案不取决于提出问题的顺序。相比之下，在量子物理学中，一系列问题的答案在很大程度上取决于提问的顺序。

一个例子是测量电子的自旋在两个不同的方向。如果你先在水平方向上测量自旋，然后在垂直方向上测量自旋，你会得到一个结果。

当顺序颠倒时，结果通常会有所不同，因为量子力学的一个众所周知的特征。简单地测量量子系统的特性可以影响被测量的事物（在这种情况下是电子的自旋），从而影响任何后续实验的结果。

在人类行为中也可以看到秩序依赖性。例如，在20年前发表的关于问题顺序对受访者答案影响的研究，受试者被问及他们是否认为美国前总统比尔·克林顿是诚实的。然后他们被问到他的副总统阿尔·戈尔（Al Gore）是否看起来很诚实。

当问题按这个顺序提出时，分别有50%和60%的受访者回答说他们是诚实的。但是，当研究人员首先询问受访者关于戈尔，然后是克林顿时，分别有68%和60%的人回答说他们是诚实的。

在日常层面上，人类的行为似乎并不一致，因为它经常违反经典概率论的规则。然而这种行为似乎很合适概率在量子力学中的工作方式。

这种观察导致了认知科学家杰罗姆·布斯迈尔以及许多其他人认识到，量子力学总体上可以以更一致的方式解释人类行为。

基于这一惊人的假设，认知科学领域出现了一个名为“量子认知”的新研究领域。

思维过程怎么可能由量子规则决定？我们的大脑是否像量子计算机?目前还没有人知道答案，但经验数据似乎强烈表明，我们的思想遵循量子规则。

动态行为

在这些激动人心的发展的同时，在过去的二十年里，我和我的合作者开发了一个框架，用于建模或模拟人们认知行为的动态当他们消化“嘈杂”时（即不完美）来自外界的信息。

我们再次发现，数学技术发展为量子世界建模可以应用于模拟人脑如何处理嘈杂的数据。

这些原理可以应用于生物学中的其他行为，而不仅仅是大脑。绿色植物，例如，将能力卓越从环境中提取和分析化学和其他信息，并适应变化。

我的粗略估计，基于最近的一个实验在普通的豆类植物上，表明它们可以处理这些外部信息比我们今天拥有的最好的计算机更有效率。

在这种情况下，效率意味着工厂始终能够降低不确定性在其环境中最大程度地了解其外部环境。例如，这可以包括轻松检测光的来源方向，以便植物可以向它生长。

生物体对信息的有效处理也与节约能源有关，这对其生存很重要。

类似的规则可能适用于人脑，特别是当我们检测到外部信号时，我们的心理状态如何变化。所有这些都对当前的技术发展轨迹很重要。

如果我们的行为最好用量子力学中的概率工作方式来描述，那么为了准确地复制机器中的人类行为，人工智能系统可能应该遵循量子规则，而不是经典规则。

我把这个想法叫做人工量子智能 （AQI）.需要大量的研究来从这个想法中开发实际应用。

但是AQI可以帮助我们实现人工智能系统的目标，这些系统的行为更像一个真人。

多杰·布罗迪，数学教授，萨里大学

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