Квантовые компьютеры и нейрокомпьютеры

В природе существует два механизма совершенствования поведенческих реакций (в нашем примере - это вывод в текстовой форме продиктованного и распознанного материала). Для простейших организмов - это, в основном, принцип естественного отбора, когда наиболее адекватно реагирующие на окружающую среду особи оказываются и наиболее плодовитыми, а сами реакции закрепляются в генетическом коде. Для наиболее развитых представителей и, соответственно, для более сложных поведенческих реакций основным становится механизм мотивации за счет эмоций. Уже не просто физическая боль, чувство голода или стремление к размножению, но и весь мир страданий и радостей - часто по совершенно не понятным на первый взгляд причинам - становится той силой, которая движет человеком (или не только человеком?) по пути самообучения и развития.

Вспомним Книгу Иова (глава 5): "Но человек рождается на страдание, как искры, чтоб устремляться вверх". Вопрос только в том, положительная или отрицательная мотивация (кнут или пряник) преобладает в каждой конкретной жизни. Обычно приходится иметь дело с обоими вариантами, а вообще - кому как повезет...

Из этого следует, что, кроме неадекватности мировосприятия, вторым отличием современных систем искусственного интеллекта является отсутствие стимулов или мотивации для развития как на индивидуальном, так и видовом уровне. Но это отличие является вполне преодолимым.

Если говорить о развитии на видовом уровне, то уже известны "мутирующие" вирусы, которые хотя и не являются интеллектуальными в полном смысле, но зато уже вполне способны в процессе естественного отбора в искусственной среде передавать своим "потомкам" наиболее зловредные черты, препятствующие их отлову.

Вопрос мотивации или создания стимулов к развитию на эмоциональном уровне также является вполне разрешимым. Для этого достаточно понять, что эмоция, положительная или отрицательная, - это всего лишь, соответственно, положительная или отрицательная обратная связь, свойственная любому автоматическому устройству. Поясню: отрицательная эмоция, или отрицательная обратная связь, - это процесс, в котором заложено стремление к его прекращению. Соответственно, и положительная эмоция, или положительная обратная связь, - это процесс, несущий тенденцию к своему продолжению или многократному повторению. Варианты их технической реализации многочисленны, и практически любое устройство - от классического сливного бачка с поплавком и клапаном до современного электрочайника - содержит в себе несколько примеров обратных связей. Естественные же и природные системы буквально насыщены их всевозможными вариантами. Важно отметить, что, в отличие от отрицательной, положительная обратная связь всегда склонна к насыщению, то есть прекращению своей "положительности" с течением времени или после повторения нескольких циклов. Это является принципиальной особенностью. Чисто житейский вывод - страдание бесконечно, а удовольствие всегда ограниченно ("вечный кайф" недостижим). Так что в приведенной цитате из Книги Иова, к сожалению, больше правды, чем нам хотелось бы. Да и кто когда-нибудь слышал, чтоб удовлетворенный и довольный субъект создал что-нибудь достойное внимания, кроме как в области кулинарии?

Внутренние противоречия, конфликты и неудовлетворенность всегда были нормой в творческой среде. Можно попытаться вывести общую закономерность о преобразовании количества неудовлетворенности и страдания в импульс развития, но категории являются слишком общими и расплывчатыми. Одно ясно - Господь Бог посредством применения теории эволюции и теории игр в полной мере оснастил нас комплексом взаимоисключающих желаний и связанными с ними переживаниями для нашего же развития на благо общего прогресса. Причем мера персональных страданий каждого из участников процесса значения не имеет и заслугой не является, а что является конечной целью этого самого прогресса - одному Богу ведомо. Как это очевидное положение совместить с образом Христианского Бога, любящего и всепрощающего, мне пока не ясно. Может, кто на форуме разъяснит. У Ирины Богушевской на эту тему есть замечательная песенка со словами: "Небесам все равно, что будет с нами"... Поэтическое и научное восприятие мира часто приводят к одинаковым выводам.

А что если для стимуляции обучения, по примеру Господа Бога, поступившего так с нами, дать им возможность безграничного страдания и кратковременной радости?

Оказывается, подобная работа уже ведется. В качестве стимула выбрано элементарное чувство голода, или - поясню для тех, кто не знает, что это такое, - физиологическое ощущение возможного прекращения существования при отсутствии некоторых внешних компонентов. Речь идет об уникальной серии "Гастророботов", извлекающих электроэнергию из переработки белков и углеводов в специальном биореакторе. Первой машиной в ряду вечно голодных творений человека является "Жуй-жуй" (Chew Chew), сконструированный Стюартом Вилкинсоном (Stuart Wilkinson) в Университете Тампа (Южная Флорида). Сам изобретатель считает мясо идеальным кормом для своего создания, однако пока "Жуй-жуй" ест кусочки сахара, так как при этом, на радость лаборантам, он оставляет минимум "фекалий". Основной стратегией робота является изучение окружающей среды - вполне реальной, с целью обнаружения и потребления пищи. Адекватность восприятия окружающего мира является достаточно условной и достигается при помощи ультразвуковых сонаров. "Жуй-жуй" пока не сможет подкрасться к вам незаметно, так как состоит из трех вагончиков на колесах, длиной около метра каждый, и похож на поезд детской железной дороги. Постоянное чувство голода - его нормальное состояние, так как аккумуляторы требуют непрерывной подзарядки. Продолжением проекта должна стать подводная машина, питающаяся рыбой и предназначенная для патрулирования побережья и защиты купающихся от акул. Как бы здесь программисты не ошиблись и не создали реальные стальные "челюсти", ведь пловец более легкая добыча, чем акула и автономный "Жуй-жуй" может легко переучиться в "Кус-куса". А какие мысли будут в его вечно голодных электронных мозгах, когда он будет наблюдать беззащитного "Творца", проплывающего вверху, на поверхности?

Несомненно, что развитие науки и технологии в области искусственного интеллекта создает целую группу вопросов, требующих своего решения. Среди них есть и морально-этические проблемы. Причем голодающий, жаждущий мяса "Жуй-жуй" - пожалуй, не самая главная из них. Некоторые из них мы рассмотрим в последующих статьях цикла.

Сейчас же я хотел бы сформулировать вывод, который, возможно, поможет по-иному взглянуть на окружающие предметы, животных и людей.  Он заключается в следующем - почти все, что находится рядом с вами, наделено в той или иной мере способностью к отражению мира, к страданию или радости и демонстрирует некоторые признаки интеллекта, далеко не всегда искусственного, а чаще - вполне естественного происхождения. То, что вы их не замечаете, не означает, что их нет. Просто они не совместимы с вашим уникальным восприятием мира.

Может, не так уж и не правы индуистские монахи и последователи некоторых древних учений, одушествляющие все окружающие предметы и наделяющие их способностью "мыслить", страдать и радоваться?

1.6 Искусственный интеллект  – новая информационная революция.

В последнее время наблюдается возрастание интереса к искусственному интеллекту, вызванное повышением требований к информационным системам. Умнеет программное обеспечение, умнеет бытовая техника. Мы неуклонно движемся к новой информационной революции, сравнимой по масштабам с развитием Интернета, имя которой – искусственный интеллект.

Все уже, наверное, слышали об электромеханических собаках в Японии, способных узнавать хозяина в лицо, выполнять некоторые простейшие команды и имеющие некоторую способность к обучению. Слышали и про холодильники с выходом в Интернет и про внедрение Microsoft в будущие версии Windows элементов искусственного интеллекта.

В подобном развитии области искусственного интеллекта нет ничего необычного. Здесь уместно привести гипотезу о встречной эволюции человека и компьютера: человек сначала учиться видеть, ходить, разговаривать, а уже потом развивает способности к вычислениям и логическим выводам. Компьютер же наоборот, рождается как вычислительная система, базирующаяся на формальной логике, в процессе развития приобретает способности к распознаванию образов, синтезу речи и управлению в реальном времени.

В настоящее время различают два основных подхода к моделированию искусственного интеллекта (AI – artificial intelligence): машинный интеллект, заключающийся в строгом задании результата функционирования, и искусственный разум, направленный на моделирование внутренней структуры системы.

Моделирование систем первой группы достигается за счет использования законов формальной логики, теории множеств, графов, семантических сетей и других достижений науки в области дискретных вычислений. Основные результаты заключаются в создании экспертных систем, систем разбора естественного языка и простейших систем управления вида «стимул-реакция».

Системы второй группы базируются на математической интерпретации деятельности нервной системы во главе с мозгом человека и реализуются в виде нейроподобных сетей на базе нейроподобного элемента – аналога нейрона.

Нейроподобные сети в последнее время являются одним из самых перспективных направлений в области искусственного интеллекта и постепенно входят в бытность людей в широком спектре деятельности.

Что же такое нейроподобная сеть? Это искусственный аналог биологической сети, по своим параметрам максимально приближающийся к оригиналу. Нейроподобные сети прошли длинный путь становления и развития, от полного отрицания возможности их применения до воплощения во многие сферы деятельности человека. Были предложены различные нейросетевые парадигмы, определяющие область применения.

Сети первой группы, такие как сети обратного распространения ошибки, сети Хопфилда и др. используются для распознавания образов, анализа и синтеза речи, перевода с одного языка на другой и прогнозирования. Это вызвано такими особенностями сетей как восстановление изображения по его части, устойчивостью к зашумлению входного сигнала, прогнозирование изменения входов и параллельность вычислений. Также, немаловажной характеристикой является способность функционировать даже при потере некоторой части сети.

Сети второй группы используются как системы управления в реальном времени несложных объектов. Это управление популярными в последнее время интеллектуальными агентами, выполняющими роль виртуальных секретарей. Особенностями данной группы является появление некоторых внутренних стимулов, возможностью к самообучению и функционированию в реальном времени.

И, наконец, сети третьей группы, являющиеся дальнейшим развитием предыдущих, представляют собой уже нейроподобные системы и нацелены они на создание экзотических в настоящее время виртуальных личностей, информационных копий человека, средой обитания которых является глобальная сеть интернет. Данное направление только зарождается, но есть немалый шанс, что мы станем свидетелями ситуации рождения виртуальных людей, подробно описанной фантастами и режиссерами.

Сейчас в Интернете повсеместно можно встретить признаки зарождения подобных проектов, призывы объединиться всем научным потенциалом способного думать человечества в целях очеловечивания Интернета, преобразования его в разумную систему или среду обитания разумных систем. Раз существуют подобные предпосылки, значит не что не оставит полет человеческой мысли на пути достижения поставленной цели.

Глава II

Квантовые компьютеры и нейрокомпьютеры.

Человек уже близко подошел к созданию высокотехнологичных машин, способных мыслить, подобно ему самому. Были изложены принципы работы этих машин. Сегодня полным ходом идут исследования в этой области.

Прежде чем подойти к третьей главе я посчитал целесообразным рассказать о том: что же собой представляют квантовые и нейрокомпьютеры.

2.1. Квантовый компьютер

Ресурс компьютеров, создаваемых сегодня на основе транзисторов, диодов, конденсаторов и прочих элементов, на самом деле ограничен. Это связано с тем, что минимальная ячейка электронной микросхемы не может быть меньше размера атома.

Для решения любой задачи требуется выполнение определенного количества операций. Существующие сейчас суперкомпьютеры способны проделывать где-то десять в двенадцатой степени операций в секунду. Однако есть огромное количество самых разных задач, для решения которых требуется десять в тысячной степени операций. Даже самые мощные суперкомпьютеры будут «молотить» такой результат в течение многих миллиардов лет.

В восьмидесятых годах прошлого века известный американский физик, лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман обнаружил, что обычный компьютер в принципе не сможет рассчитать даже один атом, хотя его структура достаточно простая: ядро, состоящее из нескольких частиц, и электроны. А про систему из многих атомов и говорить нечего. Фейнмана осенила идея: если подобные задачи не под силу электронным машинам, то, может, для этих целей стоит создать компьютер, работающий по квантовым законам?

«Спусковым крючком» для международного ажиотажа вокруг этой идеи стала программа для гипотетического, невообразимо мощного компьютера, которую написал один американский математик. Это дало пищу для бурной фантазии физиков, которые тут же принялись создавать в своих рассуждениях фантастическую вычислительную технику. Появилась масса всевозможной литературы, посвященной тому, как будет работать новый тип машин, получивших название «квантовые компьютеры».

Заинтересовались новой темой и наши соотечественники. В начале девяностых прошлого века в Физико-технологическом институте Академии наук (ФТИАН) вплотную занялся перспективным направлением академик Камиль Валиев. До этого он много лет трудился в области транзисторной микроэлектроники в Зеленограде - в созданных им Институте молекулярной электроники и заводе «Микрон». Еще в те годы его не раз посещала мысль, что мир самых маленьких частиц можно использовать для создания принципиально новой техники.

Несколько лет ушло на то, чтобы разобраться с новой темой. И только затем появились первые результаты, поначалу теоретические - в виде идей, изложенных в статьях, книгах. Стали проводиться и экспериментальные работы. Академик начал «заманивать» на работу по новой теме разные лаборатории, и не только родного ФТИАНа, но и других институтов Москвы, Ярославля, Черноголовки...