De aquí: "El cerebro humano promedio tiene alrededor de 100 mil millones de neuronas (o células nerviosas) y muchas más neuroglia (o células gliales) que sirven para apoyar y proteger las neuronas (aunque consulte el final de esta página para obtener más información sobre las células gliales) Cada neurona puede estar conectada con hasta 10 000 otras neuronas, pasando señales entre sí a través de hasta 1 000 billones de conexiones sinápticas".

De aquí: "Los transistores de hoy tienen alrededor de 70 átomos de silicio de ancho, por lo que la posibilidad de hacerlos aún más pequeños se está reduciendo. Nos estamos acercando mucho al límite de cuán pequeño podemos hacer un transistor".

Abordaré esto considerando primero cuánto espacio se necesitaría para almacenar un cerebro así; sin procesamiento: una pura "descarga". El requisito mínimo sería almacenar cada una de estas conexiones, para que otra maquinaria futura (mucho más grande) pudiera reproducir la función de un cerebro humano determinado. Al igual que almacenamos un programa de computadora en bits en un disco duro, pero no puede ejecutarse allí, debe cargarse en la memoria, tener hardware y poder para traducir los bits en circuitos de activación que cumplan instrucciones, y así sucesivamente.

Un solo átomo de silicio es aproximadamente esférico de unos 0,2 nm de ancho; supongamos que un bit binario (0 o 1) podría almacenarse plausiblemente en un cubo de aproximadamente 0,3 nm de lado en una matriz similar a un cristal (en alguna tecnología futura, pero ya podemos manipular átomos individuales, por lo que no es del todo inverosímil).

¿Cuántos bits necesitamos almacenar?

Ingenuamente; Cada una de 100 mil millones de neuronas$(10^{11})$se puede conectar a cualquier otra neurona; por lo que podríamos almacenar 100B bits por neurona con un 1/0 para indicar conectado o no.

Sin embargo, el promedio es de solo 7000 conexiones por neurona, pero no sabemos cuáles 7000, por lo que necesitamos almacenar números de neuronas en su lugar. Se necesitan 37 bits para almacenar un número de hasta 100B, por lo que suponiendo que el promedio se mantenga para nuestra estimación rápida, alrededor de 49000 bits por neurona para almacenar todas las conexiones en el cerebro. Nosotros necesitamos$4.9\times 10^{15}$bits para almacenar el cerebro.

cuanto mide el cristal

Tomamos la raíz cúbica de eso para determinar el número de elementos por lado en nuestro cubo de cristal. El resultado es de unos 170.000 átomos por lado. Multiplicado por 0,3 nm, nuestro cubo es 0,000051 metros por lado; o 0,051 milímetros. Si prefiere pulgadas: 0,0020079, aproximadamente 1/498 de pulgada (más grande que 1/500).

Para comparacion; el cabello humano varía de aproximadamente 0,002 a 0,006 de ancho; así que esto está en el rango del cabello humano más delgado. Dados dos cabellos de este tipo que se cruzan, el tamaño de su intersección puede contener suficientes átomos para almacenar todas las conexiones en el cerebro. Almacenar mil millones de personas en tales cubos requeriría 1000 veces más espacio en cada lado: por lo tanto, un cubo de 2 pulgadas por lado por cada mil millones de personas.

Ejecutar

Ahora necesita transistores y circuitos de soporte y energía . Aquíhay alguna información en ese frente. En ese proyecto, requieren 100 elementos por neurona y 20 por sinapsis (conexión). Dado que tenemos 7000 conexiones por neurona, 20x7000 = 140 000 transistores para las sinapsis por neurona, frente a 100 para la neurona misma: Además, necesitamos tanto la entrada como la salida; así que calcule unos 250.000 transistores por neurona. Además de eso, los transistores reales que existen hoy en día son 70 átomos de silicio. Tal vez 24 sea plausible; pero creo que impulsamos la credibilidad para llegar al tamaño de la molécula. Agregue requisitos de enfriamiento (esto sería muy caliente). Así que nuestro problema es que para la ejecución debemos escalar hasta 24 x 250 000 por neurona (un factor de 6 millones). Para obtener nuestro cubo de almacenamiento a 6 millones de veces el volumen; se escala hasta 0,365 pulgadas por lado.

Ahora bien, si desea almacenar un billón de personas; necesita 365 pulgadas por lado, aproximadamente 28,141 pies cúbicos. Suponiendo un procesador de 10 pies de alto, necesita un espacio de 54 pies de lado; esto podría caber en un pequeño almacén. O más probablemente una nave espacial. Lo más probable es que necesite una planta de energía nuclear para suministrar energía y que funcione enfriada por el espacio vacío a aproximadamente 3K, o -270C, a la sombra del sol y lejos de la Tierra (una fuente de calor).

¡Pero esos son detalles de ingeniería!

Creo que esta es una de esas preguntas que en última instancia se reduce a "cualquiera que sea el tamaño que necesites para tu historia", dependiendo de qué tan lejos en el futuro esté ambientada. Por un lado, si bien no podemos modelar la mente humana, hemos logrado muchos avances recientes en redes neuronales e inteligencias artificiales, y muchas de las herramientas de vanguardia que se han desarrollado se pueden ejecutar a gran velocidad. -escritorio final (solo asegúrese de obtener la mejor tarjeta gráfica que pueda pagar). Por otro lado, el hardware de la computadora aumenta constantemente su rendimiento y se reduce en tamaño. El teléfono inteligente en su bolsillo tiene más poder de cómputo que todas las computadoras que llevaron a la humanidad a la luna en los años 60.

En algún momento en el futuro, seremos capaces de modelar redes neuronales lo suficientemente complejas como para replicar una mente humana y encontrar una manera de "cargarnos" a nosotros mismos. Ninguno de nosotros sabe exactamente cuándo llegaremos a ese punto. Puede suceder en diez años, puede tomar cien, puede tomar mil. Y, por supuesto, su apocalipsis no tiene que ocurrir inmediatamente después de que hayamos llegado a ese punto. La tecnología de carga de cerebros podría estar bien desarrollada y tener siglos de antigüedad en el momento de su historia.

Y de manera similar, nadie sabe qué tan pequeñas o poderosas se habrán vuelto las computadoras para entonces. Si logramos que la computación cuántica u óptica funcione para entonces, las computadoras capaces de hacer esto podrían ser del tamaño de una computadora de escritorio, o incluso más pequeñas. Es posible que pueda ejecutar un modelo de cerebro humano en su supersmartphone. Incluso podría soñar con algún tipo de computadora "hiperespacial" que sea del tamaño de un grano de arroz y, sin embargo, más poderosa que la totalidad de la informática moderna.

Entonces, habiendo dicho todo esto, está preguntando acerca de cargar a millones de personas en un entorno donde todos están conectados en red entre sí. Esperaría que eso requiera al menos algún tipo de tamaño significativo, si está tratando de mantenerse dentro de los límites de la física tal como la conocemos. Me imagino algo del tamaño de un centro de datos, a menos que estés poniendo en juego tecnología hiperavanzada.

Mi diseño se trata de un microgramo para la computadora cuántica propiamente dicha, 10 veces más con el blindaje de aislamiento necesario. Realmente tenía que intentar encontrar una manera convincente de hacer tantas operaciones en un paquete lo suficientemente pequeño y estimaciones bajas de almacenamiento de datos.

En esta publicación repaso los recursos necesarios. El más pequeño es, por supuesto, un programa directo, no una emulación de nuestras propias capas físicas:

ya sabía cómo funcionaba el cerebro para producir inteligencia, escribir ese programa de manera bastante directa requeriría 10 ¹⁵ FLOPS (Blue Gene/P alrededor de 2007) y 100 Terabytes.

El requisito de tamaño depende del almacenamiento de datos. Figura 1 átomo por bit? Calcule el volumen necesario para eso.

Algunas otras respuestas pasan por la conectividad , teniendo más cableado que procesamiento. Pero el hardware real ya evita ese problema: 1 núcleo simula muchos nurones, y la transferencia de datos se realiza a través de enlaces de red, ¡no punto a punto entre cada par de núcleos! Con un programa (no una simulación), el concepto es más claro: cada operación necesita sus propios datos de argumento y, siempre que la tienda pueda seguir el ritmo del molino, bastará con una memoria normal conectada al procesador.

En la descripción de mi computadora cuántica de mi historia (en la publicación vinculada), evita todo el cableado al tener ondas de patrones de interferencia que se reproducen sobre la matriz de almacenamiento. En términos más generales, se puede imaginar un cristal 3D dirigido por láseres que encuentran el cristal transparente a los haces individuales y no lineal donde se cruzan. Por lo tanto, sin cables, la luz de la sonda pasa a través del almacenamiento sin problemas.

Una computadora cuántica puede realizar muchas operaciones. En la ficción son simplemente ridículamente rápidos, y eso puede valer para ti. En realidad pueden resolver o buscar ciertas clases de problemas utilizando la superposición como paralelismo para encontrar el correcto; el programa tendría que estar escrito para usar ese tipo de operación para obtener ese tipo de aceleración exponencial. Pero incluso la computación clásica es rápida si las partes son muy pequeñas. Si hace lógica usando estados bspin de átomos individuales, la velocidad se limitaría a la velocidad de la luz para obtener información a través de él. En mi tratamiento ficcional, trato de minimizar el volumen utilizado para los cálculos más comunes, para aumentar la velocidad impuesta por este límite.

Si tiene varios núcleos de tamaño nanométrico, a diferencia de mi diseño, puede tener muchos en lo que consideramos un espacio pequeño. Entonces, podría considerar un diseño que sea un cubo de 1000 por lado o mil millones de nanonúcleos, cada uno con capacidad de procesamiento simple y algo de memoria local. Busque cuántas puertas necesita una CPU, digamos, 12000 para ARM M0, y diga que cada puerta está hecha de solo unos pocos átomos.

Mil millones × 12000 × 10 son aproximadamente 10 ¹⁴ átomos, que son aproximadamente 2 nanogramos de carbono si lo calculé bien . Agregue 10 ¹⁴ bits de almacenamiento aproximadamente del mismo tamaño para la memoria de un solo átomo. Si la memoria ocupa varios átomos, o se almacena en múltiples copias, multiplíquelo.

Dale a todo un orden de magnitud adicional para medir, y eso es 50 nanogramos . A 3,5 g/cm³, eso es aproximadamente 25 µm cúbicos . (Alguien revise mis cálculos, por favor).

Muy pequeña. Solo hemos aplicado recursos serios a la investigación en redes neuronales y computación cuántica desde los años 80. Supongamos algunos desarrollos considerables en esas áreas, y un edificio del tamaño de un gran centro comercial podría albergar el equipo para almacenar una población planetaria. Esto supone razonablemente que habría progresiones geométricas similares a la ley de Moore en esas tecnologías. https://en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law Un gran ejemplo de esto es que en los años 80 se usaron partes discretas para emular neuronas para conectar redes neuronales que no tenían más que el sistema nervioso de una cucaracha. Hoy puedes comprar por $4000 una placa de tarjeta de crédito que tiene 4096 neuronas. http://www.general-vision.com/hardware/neurostack/