شبکه‌های عصبی کوانتومی: کشف اسرار درک انسانی به کمک خطا‌های چشمی

خبرگزاری علم و فناوری آنا؛ خطا‌های چشمی، مکانیک کوانتومی و شبکه‌های عصبی ممکن است در وهله اول موضوعاتی کاملاً نامرتبط به هم به نظر برسند. با این حال، تحقیقات جدید، از پدیده‌ای به نام «تونل‌زَنی کوانتومی» برای طراحی شبکه‌ای عصبی خبر می‌دهند که می‌تواند خطا‌های چشمی را به همان روش انسانی «ببیند».

شبکه عصبی جدیدی که پژوهشگران طراحی کرده‌اند در شبیه‌سازی درک انسان از دو مفهوم معروف «مکعب نِکِر» و «گلدان روبین» استفاده کرده است و در واقع از برخی شبکه‌های عصبی معمولی و بسیار بزرگتر که در بینایی کامپیوتری استفاده می‌شوند بهتر عمل کرده است. این مدل شاید پاسخی برای این سؤال باشد که آیا سیستم‌های هوش مصنوعی می‌توانند واقعاً به چیزی مانند شناخت انسان دست یابند؟

اهمیت خطا‌های چشمی

خطا‌های چشمی مغز ما را فریب می‌دهند تا چیز‌هایی را ببینیم که ممکن است واقعی نباشند. ما هنوز به طور کامل نمی‌دانیم که توهمات نوری چگونه کار می‌کنند، اما مطالعه آنها می‌تواند به ما در مورد نحوه عملکرد مغز و چگونگی کارکرد آنها در مواردی مانند زوال عقل و یا در پرواز‌های طولانی کمک کند.

محققانی که از هوش مصنوعی برای تقلید و مطالعه بینایی انسان استفاده می‌کنند دریافته‌اند که خطا‌های چشمی مشکل‌ساز هستند. در حالی که سیستم‌های بینایی کامپیوتری می‌توانند اشیاء پیچیده مانند نقاشی‌های هنری را تشخیص دهند، اغلب نمی‌توانند خطا‌های چشمی را درک کنند. به نظر می‌رسد مدل‌های اخیر حداقل برخی از خطا‌ها را تشخیص می‌دهند، اما این نتایج نیاز به بررسی بیشتر دارد.

شبکه عصبی کوانتومی چگونه کار می‌کند؟

وقتی مغز انسان اطلاعات را پردازش می‌کند، تصمیم می‌گیرد که کدام داده‌ها مفید هستند و کدام موارد بی‌ارزش‌اند. شبکه عصبی جدید، عملکرد مغز را با استفاده از لایه‌های زیادی از نورون‌های مصنوعی تقلید می‌کند که آن را قادر می‌سازد داده‌ها را به عنوان مفید یا غیرمفید ذخیره و طبقه‌بندی کند.

نورون‌ها با سیگنال‌هایی از نورون‌های کنار خود فعال می‌شوند. تصور کنید هر نورون برای روشن شدن باید از دیوار نورون همسایه خود بالا برود و به همین ترتیب نورون‌های دیگر نیز باید سیگنال را به نورون‌های کناری برسانند تا در نهایت به نقطه فعال‌سازی در طرف دیگر برسد.

در مکانیک کوانتومی، اجسام ریز مانند الکترون‌ها گاهی می‌توانند از طریق اثری به نام «تونل‌زَنی کوانتومی» از موانع به ظاهر غیرقابل نفوذ عبور کنند. در شبکه عصبی جدید، تونل‌سازی کوانتومی به نورون‌ها اجازه می‌دهد گاهی مستقیماً از دیوار آجری به نقطه فعال‌سازی بپرند و حتی در زمانی که «نباید» روشن شوند.

{$sepehr_key_1685}

اهمیت تونل کوانتومی

کشف تونل‌زَنی کوانتومی در دهه‌های اولیه قرن بیستم به دانشمندان اجازه داد تا پدیده‌های طبیعی مانند فروپاشی رادیواکتیو را توضیح دهند که طبق فیزیک کلاسیک غیرممکن به نظر می‌رسید.
حال، در قرن بیست و یکم، دانشمندان با مشکل مشابهی روبه‌رو هستند: نظریه‌های موجود در توضیح ادراک، رفتار و تصمیم‌گیری انسان دیگر جوابگو نیستند.

تحقیقات نشان داده است که ابزار مکانیک کوانتومی ممکن است به توضیح رفتار و تصمیم‌گیری انسان کمک کند.

در حالی که برخی معتقدند که اثرات کوانتومی نقش مهمی در مغز ما بازی می‌کند، حتی اگر این طور نباشد، ممکن است قوانین مکانیک کوانتومی برای مدل‌سازی تفکر انسان مفید باشد. به عنوان مثال، الگوریتم‌های محاسباتی کوانتومی برای بسیاری از کار‌ها کارآمدتر از الگوریتم‌های کلاسیک هستند.

با در نظر گرفتن این موضوع، محققان تلاش کردند بفهمند اگر اثرات کوانتومی را به عملکرد یک شبکه عصبی تزریق کنند چه اتفاقی می‌افتد؟

طرز کار شبکه تونل کوانتومی

هنگامی که ما یک خطای چشمی را با دو تفسیر ممکن (مانند مکعب نِکِر و گلدان روبین) می‌بینیم، محققان بر این باورند که به طور موقت هر دو تفسیر را هم‌زمان نگه می‌داریم، تا زمانی که مغز تصمیم بگیرد کدام تصویر را باید ببیند.

این وضعیت شبیه آزمایش فکری مکانیک کوانتومی «گربه شرودینگر» است. این سناریوی معروف گربه‌ای را در جعبه‌ای توصیف می‌کند که زندگی آن به تجزیه یک ذره کوانتومی بستگی دارد. بر اساس مکانیک کوانتومی، تا زمانی که ما ذره را مشاهده می‌کنیم، آن می‌تواند هم‌زمان در دو حالت مختلف باشد و بنابراین گربه می‌تواند به طور هم‌زمان زنده و مرده باشد.

محققان شبکه عصبی تونل کوانتومی خود را برای تشخیص مکعب نِکِر و گلدان روبین آموزش دادند. این مدل وقتی با توهم ورودی مواجه شد، خروجی یکی از دو تفسیر را تولید کرد. با گذشت زمان، تفسیری که برگزید در نوسان بود. شبکه‌های عصبی سنتی نیز چنین رفتاری دارند، اما علاوه بر این، شبکه عصبی جدید، نتایج مبهمی را در بین دو خروجی معین تولید کرد: دقیقاً مانند مغز ما که می‌تواند پیش از انتخاب، هر دو تفسیر را نگه دارد.

در عصر اخبار جعلی و دروغین، درک اینکه چگونه مغز ما توهمات را پردازش می‌کند و مدل‌هایی از واقعیت می‌سازد، اهمیت زیادی دارد و بر همین اساس، پژوهشگران در تلاش هستند که ببینند اثرات کوانتومی چگونه ممکن است به ما در درک رفتار اجتماعی و دگرگون کردن نظرات در شبکه‌های اجتماعی کمک کند.

این گزارش از پایگاه اینترنتی  کانورسیشن به فارسی برگردان شده است.