人工智能可能永遠無法擁有意識 精華
一、受羅杰·彭羅斯啟發(fā)的猜想
1989年，在他的重要著作《皇帝的新思維》中，羅杰·彭羅斯提出了一個引人注目的假設(shè)[1]。他認為量子過程對于形成意識的物理基礎(chǔ)至關(guān)重要。這個觀點具有吸引力，因為量子力學(xué)的方程告訴我們，在任何時刻，一個物體——無論是我，還是整個世界——都處于多種狀態(tài)的疊加中。然而，在任何給定的時刻，我們只體驗其中的一種。為了說明這一點，想象一個研究員走到谷歌量子AI實驗室的一臺量子計算機前，觀察一個量子比特（qubit）處于兩個狀態(tài)|0?和|1?的疊加態(tài)。如果研究員看到量子比特處于|0?狀態(tài)，那么描述量子系統(tǒng)時間演化的薛定諤方程告訴我們，還有另一個版本的研究員看到量子比特處于|1?狀態(tài)。量子物理學(xué)的這一特性——平行世界不斷生成——自量子物理學(xué)發(fā)明以來一直困擾著物理學(xué)家。休·埃弗雷特在1957年的博士論文中首次注意到，量子力學(xué)的方程，如果按字面意思理解，描述了一個由共存的平行世界組成的多重宇宙[2]。在量子物理學(xué)中，我們將日常經(jīng)驗的世界稱為“經(jīng)典世界”。如果我們接受一個多重宇宙的現(xiàn)實模型，那么意識的一個有吸引力的解釋便顯現(xiàn)出來：意識是我們?nèi)绾误w驗從多重宇宙中涌現(xiàn)出一個獨特經(jīng)典現(xiàn)實的過程。
彭羅斯的提案非常明確。他認為，當(dāng)引力促使量子力學(xué)的疊加態(tài)發(fā)生坍縮時，就會出現(xiàn)意識的時刻，這個過程他稱之為“客觀坍縮”。然而，在這里，我們認為他的原始提案需要進行一些修正。
首先，我們希望去除對引力的引用。引力是否會導(dǎo)致坍縮是可以測試的，但到目前為止，在實驗室中尚未觀察到這一現(xiàn)象，初步的實驗也未能發(fā)現(xiàn)這種效應(yīng)[3]。我們更傾向于堅持經(jīng)典的量子力學(xué)理論，它教導(dǎo)我們，當(dāng)一個量子系統(tǒng)與外部系統(tǒng)（擁有大量自由度的系統(tǒng)）相互作用時，就會發(fā)生“有效坍縮”，例如，在一個量子系統(tǒng)通過宏觀系統(tǒng)（如儀器或人）進行測量時。這種相互作用導(dǎo)致了“環(huán)境誘導(dǎo)的去相干”，即關(guān)注的量子系統(tǒng)與外部系統(tǒng)的自由度發(fā)生了糾纏，從量子系統(tǒng)的角度來看，這就像是疊加態(tài)的有效坍縮。這也解釋了為什么我們能夠根據(jù)特定的基（由與外部系統(tǒng)的耦合，即環(huán)境設(shè)定）預(yù)測經(jīng)典的測量結(jié)果。整個系統(tǒng)的量子疊加（包括興趣系統(tǒng)和環(huán)境）仍然存在。坍縮的概念僅僅表示，雖然興趣系統(tǒng)可能仍然處于經(jīng)典狀態(tài)的疊加中，但該疊加不再通過干涉現(xiàn)象被觀察到。換句話說，興趣系統(tǒng)從一個純粹的量子態(tài)演變成了一個經(jīng)典態(tài)的混合體，這些經(jīng)典態(tài)共存而彼此并不知曉。
其次，我們提出，當(dāng)疊加態(tài)形成時，而不是坍縮時，才會發(fā)生意識時刻。這一修改是必要的，以避免彭羅斯原始提案在應(yīng)用于多個糾纏量子比特時所帶來的超光速通信問題，正如下面所解釋的那樣。它還避免了需要明確界定何時發(fā)生測量的概念問題，因為所有相互作用都被視為相同。因此，我們的提案牢固地植根于埃弗雷特的“多世界”量子力學(xué)模型中。圖1展示了一個量子電路示例，其中門操作和測量操作作用于三個量子比特，每個量子比特都初始化為|0?狀態(tài)。首先，在第一個量子比特上形成疊加態(tài)，然后通過糾纏操作將其傳播到所有量子比特上，最后，當(dāng)其中一個量子比特在|0?、|1?基上被測量時，疊加態(tài)“有效地”坍縮，或者遵循彭羅斯的觀點，通過某種真實的物理過程“真正坍縮”。
圖1. 一個通用的量子電路，包含門操作和測量操作，作用于三個量子比特。所有量子比特都初始化為|0?狀態(tài)。一個哈達瑪門（Hadamard gate）在第一個量子比特上創(chuàng)建一個疊加態(tài)。受控X門（Controlled X gates）隨后將第一個量子比特與第二個和第三個量子比特糾纏，生成疊加態(tài)|000?+|111?。電路的末尾，每個量子比特都會被測量，實際上將疊加態(tài)坍縮到|111?。我們應(yīng)當(dāng)通過哪種操作來識別意識的物理相關(guān)性？我們建議，意識時刻發(fā)生在疊加態(tài)形成時。
在羅杰·彭羅斯的原始提案中，意識時刻發(fā)生在疊加態(tài)坍縮時。然而，如果，如這個例子所示，疊加態(tài)涉及多個量子比特，那么就會出現(xiàn)一個問題：當(dāng)?shù)谝粋€量子比特被測量時，意識是如何在這些量子比特之間分配的。這里有兩種可能的答案：（i）只有第一個被測量的量子比特，以及引起疊加態(tài)坍縮的量子比特，才有意識體驗。（ii）所有三個量子比特都有意識體驗。答案（i）會遇到困難，因為在相對論的框架下，三個量子比特被測量的順序取決于參考框架。這導(dǎo)致了一個令人不滿意的結(jié)論：有意識體驗的量子比特也取決于參考框架。（可以通過假設(shè)每當(dāng)一個量子比特被測量時，無論其量子狀態(tài)如何，都會產(chǎn)生一個意識時刻來回避這一難題。然而，既然這個假設(shè)同樣適用于沒有疊加態(tài)的經(jīng)典狀態(tài)，那么它實際上是在說每當(dāng)一個粒子碰撞到另一個粒子時，就會產(chǎn)生意識時刻。）答案（ii）也存在問題，因為如果所有三個量子比特都經(jīng)歷一個意識時刻，那么就可以用它來構(gòu)造一個通信通道，例如，通過實現(xiàn)摩爾斯電碼，從而實現(xiàn)超光速的信息傳輸。請記住，在標(biāo)準(zhǔn)的量子力學(xué)中，已經(jīng)明確建立了糾纏不能用于實現(xiàn)超光速通信的理論。正是對坍縮導(dǎo)致在空間上分離的量子比特之間產(chǎn)生意識體驗的假設(shè)，才導(dǎo)致了這種違反。
為了避免這一違反，我們假設(shè)，意識時刻的產(chǎn)生并不是發(fā)生在疊加態(tài)坍縮時，而是在疊加態(tài)形成時。演化中的疊加態(tài)的結(jié)構(gòu)和經(jīng)歷該狀態(tài)的量子系統(tǒng)在其中所經(jīng)歷的路徑?jīng)Q定了意識體驗的特質(zhì)，即“在那個狀態(tài)下，成為該系統(tǒng)是什么樣的”[4,5]。我們的核心觀點是，系統(tǒng)只會經(jīng)歷經(jīng)典的、確定的狀態(tài)。這些狀態(tài)構(gòu)成了量子系統(tǒng)所處的希爾伯特空間的基。如果一個經(jīng)典狀態(tài)通過單位變換（正如薛定諤方程所規(guī)定）演化為量子疊加態(tài)，那么經(jīng)歷這一狀態(tài)的系統(tǒng)將同時沿多個路徑演化。每條連接基態(tài)的路徑被稱為“費曼路徑”，并產(chǎn)生一系列獨特的意識時刻。因此，我們假設(shè)一個量子系統(tǒng)可能由許多經(jīng)歷意識的心智組成，盡管這些心智往往非常簡單[6,7]。隨著系統(tǒng)從它剛經(jīng)歷的基態(tài)演化，最初集中在該起始狀態(tài)上的概率質(zhì)量將根據(jù)現(xiàn)有的相互作用擴展到光錐內(nèi)的其他基態(tài)。起始狀態(tài)上的概率質(zhì)量減少越多，過渡的可能性就越大。最終，取決于系統(tǒng)沿哪條費曼路徑演化，它將經(jīng)歷過渡到一個不同的基態(tài)。為了說明在我們的假設(shè)中，疊加態(tài)的形成如何創(chuàng)造一個意識時刻，我們來考慮幾個例子（見表1）。
表1. 我們主張，在任何給定時刻，系統(tǒng)只能經(jīng)歷確定的經(jīng)典狀態(tài)。因此，當(dāng)疊加態(tài)形成時，系統(tǒng)僅能意識到其組成基態(tài)。為此，我們列舉了當(dāng)經(jīng)典狀態(tài)|000?經(jīng)歷量子力學(xué)過渡到其他狀態(tài)時所產(chǎn)生的意識體驗。這里的假設(shè)是，計算基，由|0?和|1?的張量積（即單量子比特狀態(tài)）構(gòu)成，是優(yōu)選基。
由于量子疊加態(tài)是依賴于基的概念，我們需要解決如何選擇優(yōu)選基的問題。在這里，我們可以參考David Deutsch或Wojciech Zurek提出的建議，他們認為子系統(tǒng)之間的相互作用選擇了優(yōu)選基，Deutsch稱之為“解釋基”[8]，Zurek稱之為“指示狀態(tài)基”[9]。關(guān)于這一主題，Wallace也有專著討論[10]。還可能應(yīng)用集成信息理論中的原則，選擇最大化系統(tǒng)所經(jīng)歷的集成信息的基[11,12,13]。
在我們的提案中，糾纏自然地解決了綁定問題，即現(xiàn)象體驗的統(tǒng)一性[14,15]，而不需要任何額外的假設(shè)。參與糾纏的自由度的數(shù)量界定了意識的數(shù)量和內(nèi)容[16]。為了以原則化的方式量化體驗的內(nèi)容，集成信息理論的量子力學(xué)實例所提出的Φ度量似乎是有利的，例如2018年Zanardi等人的研究[11,12]，或者2023年Alvantakis等人的研究[13]。下一節(jié)描述的實驗測試能夠探測由彭羅斯思想啟發(fā)的各種假設(shè)，包括他原始的假設(shè)。
二、一系列量子生物學(xué)實驗
構(gòu)建意識科學(xué)理論的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是，意識體驗不是一個傳統(tǒng)的實驗可觀測量，沒有相關(guān)的客觀測量協(xié)議，即與主體無關(guān)的測量協(xié)議。事實上，正如笛卡爾所著名地論述的那樣，我的體驗是我能絕對確信的唯一事物[17]。至于其他任何事物是否具有意識，例如你，必須通過推測作為所有可用信息的最可能解釋來推斷。因此，我無法確鑿地證明除了我自己之外，其他人是否有意識。也就是說，認識論的唯我論（solipsism），即我只能確信自己的意識，這是邏輯上自洽的[18]。盡管如此，推斷他人是否有意識是常見且隱式的——例如，詢問別人他們看到什么，或者他們感覺如何。在神經(jīng)功能受損的患者中，如那些有意識障礙的患者，言語被命令跟隨（例如，動動眼睛）所取代。如果沒有這樣的交流，檢測意識變得非常具有挑戰(zhàn)性[19]。
要測量像飛機這樣的物體的位置或速度，任何工程師都知道該怎么做。但當(dāng)任務(wù)是回答飛機的自動駕駛儀、像Google的Gemini這樣的大語言模型，或者一個腦類器官有多大意識時，我們對如何測量這些問題并沒有一致的看法。如果沒有一個廣泛接受的通用意識理論或?qū)嶒灉y試，任何此類主張都是空洞的。正如我們中一些人最近在一篇文章中所辯稱的那樣[20]，意識確實成為一種可觀察的量，在極限情況下，觀察系統(tǒng)與被觀察系統(tǒng)是完全相同的。但是，當(dāng)我們觀察的系統(tǒng)與我們自己不相似時，這種協(xié)議就會崩潰，因此關(guān)于另一個人、一條魚、一棵樹、一塊石頭或執(zhí)行LLM的計算機是否具有意識的爭論仍然沒有解決。在這里，我們描述了另一種方法，它允許我們提供實驗證據(jù)來驗證一個意識理論是否準(zhǔn)確。它依賴于擴展自己的意識；因此，我們將這種方法稱為“擴展協(xié)議”。它繞過了困擾意識研究的挑戰(zhàn)。特別是，它將使我們能夠測試疊加態(tài)的產(chǎn)生是否會生成一個意識體驗。
2.1. 使用量子處理器擴展心智
在一個關(guān)鍵實驗中，研究者將建立人類大腦與量子計算機之間的物理聯(lián)系，以使得兩者能夠進行相干交互并介導(dǎo)糾纏。如果我們的假設(shè)是準(zhǔn)確的，這應(yīng)該能夠使組合系統(tǒng)的意識體驗更加豐富，所需的描述位數(shù)比沒有這種聯(lián)系時人類報告的體驗要更多。此外，這樣的設(shè)置可能允許調(diào)節(jié)體驗的特定感覺質(zhì)量，正如下一段所解釋的那樣。圖2展示了將處于量子疊加態(tài)的系統(tǒng)|???????與量子計算機中處于疊加態(tài)的量子比特集|??????????進行耦合。在這些系統(tǒng)耦合之前，它們各自的狀態(tài)存在于不同的狀態(tài)空間中，分別是維度為N和M的希爾伯特空間。它們相互作用后，描述組合系統(tǒng)的波函數(shù)|???????????????存在于一個??×??維的希爾伯特空間中。我們假設(shè)，在這個更高維的狀態(tài)空間中形成的疊加態(tài)會被受試者體驗為比在描述孤立大腦的較低N維希爾伯特空間中形成的疊加態(tài)更豐富的體驗。一個引人入勝的假設(shè)是，這種擴展的意識發(fā)生在迷幻、神秘、瀕死和其他類型的非凡體驗中[21]，并不是通過與外部系統(tǒng)耦合，而是通過增加參與腦中疊加態(tài)形成的糾纏量子比特的數(shù)量。
圖 2. 人腦與量子處理器之間相干耦合的概念性示意圖。如果我們的假設(shè)是準(zhǔn)確的，那么我們應(yīng)該能夠通過創(chuàng)建疊加態(tài) |??????????????? 來產(chǎn)生更豐富的體驗，該態(tài)描述了組合系統(tǒng)，并存在于比 |??????? 和 |?????????? 更大的狀態(tài)空間（希爾伯特空間）中，后者描述的是獨立的系統(tǒng)。
同樣，如果我們堅持使用Roger Penrose的原始提案，那么可以推論，量子力學(xué)疊加態(tài)坍縮到一個需要更多位來描述的經(jīng)典狀態(tài)，會產(chǎn)生比坍縮到一個由較少位描述的經(jīng)典狀態(tài)更豐富的體驗。
雖然這樣的實驗原則上是可能的，但它們在技術(shù)上非常具有挑戰(zhàn)性，可能需要侵入性技術(shù)。當(dāng)前用于建立腦機接口的技術(shù)并沒有設(shè)計成支持大腦與量子計算機之間的相干耦合（即允許糾纏擴展的耦合）。任何這種耦合必須在不擾動人類大腦的保護顱骨和膜的情況下進行。
但未來的量子傳感技術(shù)，如結(jié)合光遺傳學(xué)方法的氮空位探針，可能最終允許這些協(xié)議的實施。需要工程化的細節(jié)繁多，即哪些神經(jīng)細胞中的哪種細胞結(jié)構(gòu)最為合適，應(yīng)該將哪些自由度與神經(jīng)組織耦合，以及如何耦合。簡而言之，我們需要闡明什么構(gòu)成了神經(jīng)生物學(xué)量子比特。盡管已有多種提議，如核自旋（Fisher [22]）、微管中的集體模式（Penrose 和 Hameroff [23]）或芳香環(huán)（Hameroff [24]），但我們在此時不做具體承諾，更傾向于通過實驗來回答這個問題。
首先，我們建議進行一項準(zhǔn)備實驗。該實驗涉及通過生物基質(zhì)介導(dǎo)兩個常溫量子比特之間的糾纏。它基于一個理論上有充分依據(jù)的方法，用以闡明未知系統(tǒng)的量子力學(xué)性質(zhì)。它考慮了三個系統(tǒng)，其中兩個是已充分表征的，可以看作是量子比特或量子比特集，稱為 ??1 和 ??2。我們引入一個感興趣的系統(tǒng)，在本例中是生物基質(zhì) B。然后，我們將 ??1 與 B 相干耦合，同樣，??2 也與 B 相干耦合，注意不在 ??1 和 ??2 之間建立直接連接。如果我們發(fā)現(xiàn)可以通過系統(tǒng) B 介導(dǎo) ??1 和 ??2 之間的糾纏，那么我們可以得出結(jié)論，B 需要量子力學(xué)的描述[25,26]。這一范式相當(dāng)靈活，可以研究不同的耦合方案和不同的基質(zhì) B。例如，B 可以是微管、受體蛋白（如視紫紅質(zhì)）、單個神經(jīng)細胞甚至腦類器官。此協(xié)議在圖 3 中進行了說明。
圖 3. 兩個量子比特，??1 和 ??2，通過生物基質(zhì) B 相干地連接（如水平箭頭所示）。該設(shè)置使我們能夠研究 B 是否可以作為量子通道，并介導(dǎo) ??1 和 ??2 之間的糾纏。
2.2. 使用氙的同位素關(guān)閉大腦意識
為了決定哪些生物結(jié)構(gòu)最有可能作為系統(tǒng) B，并如何實現(xiàn)相干耦合，我們想從一個更簡單的實驗開始。事實上，這個實驗在某種程度上已經(jīng)被進行過了。2018年，Li 等人將四組小鼠暴露于四種不同的氙同位素，它們在核中的中子數(shù)不同[27]。氙是一種惰性貴氣體，具有麻醉性質(zhì)[28]。事實上，氙（原子序數(shù)為54）具有許多特性，使它在某種程度上成為理想的吸入劑——它無味、無毒、非爆炸性、環(huán)保，并且由于其化學(xué)穩(wěn)定性，在體內(nèi)不會轉(zhuǎn)化[28]。有趣的是，Li 等人關(guān)于氙同位素麻醉作用的研究表明，具有半整數(shù)核自旋的兩個同位素（Xe129 和 Xe131，分別為自旋 1/2 和 3/2）的效力比具有零核自旋的兩個同位素（Xe132 和 Xe134）低約 30%。如果這一差異得到證實，無法通過外部電子殼層的差異（實際上沒有差異）來解釋，也不太可能是由原子質(zhì)量差異（Xe131 和 Xe132 之間的差異不到 1%）引起的。如果這一結(jié)果屬實，那么它可能表明氙對意識的某些影響可能是通過核自旋介導(dǎo)的，而核自旋是可以接受疊加的量子系統(tǒng)。令人感興趣的是，半整數(shù)自旋同位素的麻醉效力較低。這些非零自旋可能作為量子比特，參與更大疊加態(tài)的形成，而根據(jù)我們的假設(shè)，這種疊加態(tài)與更豐富的意識體驗相關(guān)，從而抵消麻醉效應(yīng)。
Li 等人研究了80只小鼠（每種同位素20只）在不同氙同位素處理下失去平衡反射的ED50值，這為氙的作用機制提供的信息有限。鑒于生物醫(yī)學(xué)科學(xué)中三分之二的實驗無法重復(fù)[29]，重復(fù)重要實驗是非常重要的，特別是當(dāng)它們挑戰(zhàn)廣泛接受的假設(shè)時。因此，我們計劃重復(fù)這個實驗，但這次我們希望“麻醉”腦類器官，重點是獲得具有高統(tǒng)計信度的結(jié)果。腦類器官，通過高密度電或光學(xué)陣列進行高帶寬測量，經(jīng)過精心儀器化，已經(jīng)成為一種強大的平臺，用于研究與人腦組織相似的活體神經(jīng)組織（見圖4）[30]。
圖 4. 由人類誘導(dǎo)多能干細胞衍生的腦類器官可以模擬人腦發(fā)育的解剖組織、細胞組成和生理信號。這里直徑約2-3毫米，包含約10萬個神經(jīng)元的腦類器官表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)化、非隨機且快速的電活動（包括動作電位）。因此，類器官的電活動代表了通用的人腦。
作為一種補充研究，旨在驗證與行為相關(guān)的氙同位素效應(yīng)，我們還計劃將氙同位素施用到一種無脊椎動物——果蠅（果蠅，Drosophila Melanogaster）身上，它有約10萬個神經(jīng)元。氙在常壓下不會完全麻醉果蠅。我們計劃測量其同位素引起果蠅失去行動的壓力。這將使我們能夠用良好的統(tǒng)計數(shù)據(jù)補充類器官研究，因為我們可以將麻醉氣體施用到足夠多的果蠅身上，以獲得統(tǒng)計學(xué)上高度可靠的結(jié)果。實驗可以在電子自旋光譜儀中進行，采用自旋共振監(jiān)測自旋信號。這部分研究將在巴金漢大學(xué)的Luca Turin實驗室進行[31]。
如果我們能夠在這兩種截然不同的模型神經(jīng)系統(tǒng)中復(fù)制Li等人的發(fā)現(xiàn)，那么我們將能夠發(fā)現(xiàn)潛在的細胞過程。與電子生成的電磁場相比，核自旋發(fā)出的電磁場相當(dāng)微弱。在腦組織中，存在許多重疊的電磁場，這些電磁場由運動中的電荷、電子、自旋或外部來源（如地球磁場或手機塔）產(chǎn)生。我們已經(jīng)從Meyer-Overton法則中得到了一些指示，表明麻醉劑作用于脂質(zhì)、疏水性口袋[32]。（Meyer-Overton法則表明，可以通過麻醉劑在橄欖油中的溶解度預(yù)測其效力[33]。）因此，為了使微弱的同位素自旋效應(yīng)顯現(xiàn)，需要一種相當(dāng)特定的細胞環(huán)境。例如，有人提出這涉及到一個自由基對機制，這是一種量子生物效應(yīng)，懷疑它是鳥類磁感應(yīng)[34]或鋰對多動癥影響的基礎(chǔ)[35,36,37]?？傊?strong>必要的特異性水平可能提供一個線索，說明在麻醉過程中，維持意識物理相關(guān)性的哪個過程被中斷，并反過來，這可能提示如何耦合一個量子比特來實現(xiàn)擴展協(xié)議。
三、使用腦量子計算機接口調(diào)節(jié)意識的質(zhì)感
如果我們的猜想是正確的，這將為理解物質(zhì)狀態(tài)與體驗之間的關(guān)系提供一種新穎的途徑。如果我們成功實現(xiàn)擴展協(xié)議，就能更精確地研究這些關(guān)聯(lián)。想象一下，向一位大腦與量子處理器連接的用戶詢問他們的感受，然后測量量子比特（qubit）的狀態(tài)。接著，我們將尋找報告的情感的情感效價與測量的比特串之間的關(guān)聯(lián)。這可能揭示與不同物質(zhì)狀態(tài)相關(guān)的意識質(zhì)感（qualia）。因此，我們可能獲得以前所未有的細節(jié)和精度來定制體驗的能力。
在實現(xiàn)大腦與量子計算機的耦合之前，讓我們考慮一個更簡單的問題：給予志愿者亞麻醉劑量，能否區(qū)分不同的氙同位素，例如，通過它們不同的迷幻性質(zhì)？盡管答案仍然未知 [38]，但已有證據(jù)表明同位素效應(yīng)影響人類的感官和認知。例如，人類能夠區(qū)分氫原子被氘替代的氣味 [39]，而且他們能品嘗到氘代水比普通水更甜 [40]。鋰6和鋰7對情緒的影響不同 [41]。Matthew Fisher 提出了磷核自旋是大腦中最有可能成為量子比特候選者之一，可能賦予量子算法優(yōu)勢 [22,42]。然而，在這些提案中，并未排除質(zhì)量效應(yīng)的影響。氙之所以具有吸引力的一個原因是，它比所引用實驗中使用的同位素更重，因此質(zhì)量效應(yīng)不太可能解釋同位素之間觀察到的差異。這些觀察結(jié)果暗示了依賴自旋機制在生物學(xué)中的潛在重要性，開辟了一個我們可以稱之為生物自旋電子學(xué)的新領(lǐng)域。在未來幾年，我們預(yù)計在將自旋標(biāo)記附加到細胞組織中特定分子上方面會取得進展，從而使我們能實時、前所未有地控制分子層面的生物過程 [43]。
總之，我們提出了一個基礎(chǔ)研究計劃，旨在揭示量子效應(yīng)是否在意識的物理基礎(chǔ)上起作用。該計劃的核心是建立大腦組織中的量子自由度與量子處理器之間的相干耦合。利用現(xiàn)代量子生物學(xué)方法，我們的目標(biāo)是以非侵入性的方式（即無需外科手術(shù)干預(yù)）實現(xiàn)這種耦合。如果這一計劃成功，將能夠構(gòu)建技術(shù)工具，擴展人類在空間、時間和復(fù)雜度上的意識體驗（見圖5）。
圖5. 將大腦與外部量子處理器進行相干連接，理想情況下采用非侵入性技術(shù)，可以構(gòu)建技術(shù)輔助工具，擴展人類在空間、時間和復(fù)雜性方面的意識體驗。
四、量子疊加的形成可能有助于行動力的實現(xiàn)
量子疊加態(tài)的形成不僅可能創(chuàng)造意識體驗，還可能伴隨出現(xiàn)行動力的時刻。或許有機體可以在自由意志的意義上對其將要經(jīng)歷的下一個經(jīng)典配置做出某種程度的選擇。大自然是否利用了這種可能性，我們尚不能確定。然而我們可以確定的是，外部觀察者通常無法預(yù)測一個生物體的行為，甚至無法做出概率性的預(yù)測。如果描述量子系統(tǒng)演化的量子比特數(shù)接近100（這還不足以準(zhǔn)確描述蛋白質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)或質(zhì)子內(nèi)的色動力學(xué)），那么通常情況下，觀察者將無法給出概率，甚至不能預(yù)測某些結(jié)果的發(fā)生概率。這是因為計算2^100個結(jié)果的概率超出了任何可構(gòu)建計算機的能力 [20]。這種情況被稱為Knight不確定性 [44]。
但為什么我們要懷疑在這種不可預(yù)測性背后隱藏著行動力的時刻呢？我們的論點基于以下觀察：有利于我們福祉的行為，也就是有利于維持體內(nèi)平衡的行為，往往與愉悅的感覺相關(guān)，而威脅體內(nèi)平衡的行為則感到不愉快。我們稱之為“體內(nèi)平衡相關(guān)性”。如果人類可以充分被描述為確定性自動機，那么體內(nèi)平衡相關(guān)性就很難解釋。如果行為是預(yù)定的，那么進化就不會選擇體內(nèi)平衡相關(guān)性，因為無論生物體的感覺如何，其行為反正已經(jīng)被決定了。即使給自動機提供一個隨機源來選擇行為，這也不會改變基本論點，因為在這種情況下，生物體的感覺也不重要?？紤]到兩種對物種生存至關(guān)重要的行為——性交和生育——非常有啟發(fā)性。前者通常與愉悅相關(guān)，后者則與痛苦相關(guān)。為什么會這樣？我們認為，前者涉及選擇，而后者則不涉及，至少在史前時期，當(dāng)人類大部分進化發(fā)生時，是這樣的。因此，我們認為大自然利用感覺作為誘餌或威懾，但這只有在有機體能夠采取行動以獲得愉快的狀態(tài)并避免不愉快的狀態(tài)時才有效。我們解釋愉悅感覺與有助于生物體福祉的行為之間相關(guān)性的一個可能方式是假設(shè)行動力的存在 [12,45]。如果有機體擁有自由選擇狀態(tài)的行動力，那么它可能會選擇愉悅的狀態(tài)，而不是不愉悅的狀態(tài)。通過擴展協(xié)議可以找到這一點的證據(jù)。我們可以測量 |???????????????，并詢問用戶其情感的價態(tài)。如果我們觀察到愉悅狀態(tài)的出現(xiàn)頻率高于不愉悅狀態(tài)，這可能表明用戶具有影響結(jié)果的行動力。量子操作，例如創(chuàng)建或塌縮疊加態(tài)，可能使一個系統(tǒng)（在給定時刻體驗單一經(jīng)典現(xiàn)實）擁有行動力，并能夠表達選擇。在這種觀點下，從疊加態(tài)中選擇一個經(jīng)典配置來實現(xiàn)意識體驗（即該經(jīng)典配置的意識體驗），并賦予系統(tǒng)選擇該配置的行動力。
總之，我們認為量子處理器可用的操作可能是實現(xiàn)感知和行動力所必需的。反之，今天基于半導(dǎo)體電子學(xué)的人工智能系統(tǒng)受限于經(jīng)典信息理論的規(guī)律。它們的計算可以通過概率圖靈機的操作來抽象。如果上述論點正確，那么這意味著這些操作不足以實現(xiàn)意識和行動力。更直接地說，圖靈機已經(jīng)變得智能，但可能永遠無法成為有意識的。對于后者，必須使用量子圖靈機。
