Вътре в лабораторията, която свързва мозъци с квантови компютри

В стая в университета в Плимут на Обединеното кралство, докторска степен. ученикът седи пред компютър със затворени очи, сякаш медитира. На главата му има нещо, което прилича на черна плувна шапка, но всъщност е четец на електроенцефалограма (ЕЕГ), който усеща електрическата активност, преминаваща през скалпа му. Пред него, на монитора, има изображение на телено кълбо с две точки, отбелязани с „1“ и „0“. В центъра на земното кълбо, подобно на часовник с една стрелка, има стрелка, която осцилира между двете точки. Докато ученикът променя изражението си от изражение на релаксация на изражение на възбуда с широко отворени очи, стрелката потрепва и се мести. На всеки няколко секунди той въвежда нова цифра.

Може да не изглежда много (и в момента все още е много рано за тази работа), но въпреки това е очарователно нещо. Докато ученикът променя мозъчните си модели от спокоен към енергичен и обратно, той произвежда алфа и бета вълни, които след това се използват за манипулирайте симулирани кубити – елементарната единица в квантовите изчисления, отразяваща математиката на квантовата физика – използвайки нищо повече от силата на мисълта.

„Ако се обучите да произвеждате тези два вида вълни, тогава можете да изпратите някакъв вид морзова азбука към компютъра,“ професор Едуардо Миранда от университета в Плимут каза пред Digital Trends. „Проблемът е, че генерирането на една команда в момента отнема осем секунди, защото ЕЕГ е много бавен. Имаме нужда от много обработка, за да го анализираме. И този анализ не е толкова точен, така че трябва да продължим да проверяваме много пъти, за да видим дали кодът наистина е това, което човекът иска да произведе.

Добре дошли в донякъде колебливите, колебливи стъпки в света на квантовото програмиране чрез интерфейса мозък-компютър. Според създателите му това е началото на изграждането на това, което екипът нарича Quantum Brain Network (съкратено от QBraiN). И има потенциала да прави куп неща, от които си струва да се вълнувате.

Повече от сбора на неговите части или тостер-хладилник?

Ако сте виждали някакъв списък с най-вълнуващите технологии, които в момента блестят на технологичния хоризонт, почти сигурно сте се натъкнали на термините мозък-компютърен интерфейс (BCI) и квантов компютър.

BCI е фантастична терминология за начин за управление на компютър с помощта на мозъчни сигнали. Докато всяко устройство с ръчно въвеждане се управлява технически от мозъка – макар и обикновено чрез посредник като пръсти или глас – BCI прави възможно изпращането на тези команди към външния свят, без първо да се извежда от мозъка към периферните нерви или мускули.

Междувременно квантовите компютри представляват Следващото голямо нещо в компютрите. Първоначално предложено през 80-те години на миналия век, въпреки че едва сега започва да се превръща в техническа реалност, квантовите изчисления се отнасят до напълно нов подход към компютърната архитектура. Той не само ще бъде много по-мощен от съществуващите класически компютри, но и ще направи това възможно за постигане на неща, които биха били невъзможни дори с милиони днешни суперкомпютри, свързани във верига заедно. Те биха могли, ако вярвате на техните поддръжници, да бъдат отговорът на неизбежното край на закона на Мур, както го познаваме.

Въпреки това, докато BCI и квантовите компютри несъмнено са обещаващи технологии, възникващи в една и съща точка от историята, въпросът е защо да ги събираме заедно – което е точно това, което консорциум от изследователи от британския университет в Плимут, испанския университет във Валенсия и университета в Севиля, германския Kipu Quantum и китайския университет в Шанхай търсят да направя.

Технолозите не обичат нищо повече от смесването на обещаващи концепции или технологии с вярата, че когато са обединени, те ще представляват нещо повече от сбора на своите части. Понякога това работи чудесно. Както рисковият капиталист Андрю Чен описва в книгата си Проблемът със студения старт, Instagram се възползва от появата на смартфони, оборудвани с камера, и едновременните мощни мрежови ефекти на социалните медии, за да се превърне в едно от най-бързо развиващите се приложения в историята.

Вземането на две задължителни технологии и комбинирането им обаче не винаги работи. Главният изпълнителен директор на Apple Тим Кук веднъж се пошегува, че „можете да обедините тостер и хладилник, но знаете ли, тези неща вероятно няма да са приятни за потребителя“.

И така, какво прави контролираното от мозъка квантово изчисление пример за първото, член на клуба на повече от сбора на неговите части, а не симптоматично за проблема тостер-хладилник? В документ, публикуван в началото на 2022 г, гореспоменатият консорциум от изследователи пише, че: „Предвиждаме развитието на силно свързани мрежи от wetware и хардуерни устройства, обработващи класически и квантови изчислителни системи, опосредствани от интерфейси мозък-компютър и ИИ. Такива мрежи ще включват нетрадиционни изчислителни системи и нови модалности на човек-машина взаимодействие.”

Изобилие от случаи на употреба

Най-значимото – и ако проработи, незабавно трансформиращо – приложение на Quantum Brain Network е, че ще помогне на BCI да работят по-добре. Нашите мозъци са невероятно сложни. Те могат да се похвалят със 100 милиарда неврони, образуващи гигантски мрежи с квадрилиони връзки в постоянна комуникация помежду си чрез малки електрически импулси. Днес науката е в състояние да запише начина, по който части от мозъка комуникират, от най-малкото взаимодействие неврон към неврон до по-големи комуникации между невронни мрежи.

Но извършването на това обикновено включва високоспециализирана технология, като функционално магнитно резонансно изображение (fMRI), която е достъпна само в най-добрите изследователски лаборатории. Експериментите с BCI, които разчитат на тъпия инструмент на ЕЕГ, обикновено са сравнително опростени в това, което могат да направят: Да речем, решавайки дали човек мисли за син или червен цвят, или кара дрон да се движи нагоре и надолу или наляво и точно. Липсва им нюанс.

Сега това се променя, обясни Миранда. „Започваме да имаме достъп до добър хардуер. Все по-добро ЕЕГ сканиране е излиза подава се.”

По-добрият хардуер за отчитане на мозъчни вълни обаче е само едно парче от пъзела. Като аналогия, представете си да имате изключително точен микрофон, поставен в средата на футболен стадион. Микрофонът е толкова мощен, че може да улови всеки звук, издаван от хилядите фенове на стадиона, независимо дали аплодират шумно или тихо хапват хотдог. Въпреки това, колкото и впечатляващо да е това, без правилния софтуер за филтриране на звука няма да сте в състояние да направите повече от това да слушате агрегирана, безформена маса от шум на тълпата. Сам по себе си такъв микрофон не би ви помогнал да определите например какво казва човекът на седалка 77A.

Това, от което се нуждаете, не е просто способността да запис тази информация, но и към декодирам и го направете полезен. И то бързо. Това е, което квантовите изчисления биха могли да направят, като използват превъзходните си способности, за да помогнат за по-добра обработка на невъобразимо количество електрически мозъчни импулси, които са необходими за разбиране на намеренията и мислите като те възникват.

„BCI се нуждае от контрол в реално време“, продължи Миранда. „Мисля, че квантовите изчисления могат да осигурят скоростта, от която се нуждаем, за да извършим тази обработка... [В момента] не можем да разберем какво означава цялата тази объркана информация, която получаваме с ЕЕГ. Ако можехме, тогава бихме могли да започнем да класифицираме сигналите и да етикетираме определени поведения, които се принуждаваме да произвеждаме.

Може би дори не би било необходимо да се напрягате да създавате тези поведения. Както пише Азим Азхар в своята книга от 2021 г Експоненциален, обещанието на интерфейсите мозък-компютър е да могат да „изтръгнат невронната активност от главите ни дори преди да се оформи в мисъл“. Точно както системите за препоръчване – като тези, използвани от Spotify, Netflix и Amazon – се стремят да ни покажат какво искаме да консумираме преди ние дори сме решили за себе си, така че BCI също ще четат нашите едва осъзнати мисловни модели и ще екстраполират полезна информация от тях.

Това може да е контрол на интелигентен дом или робот, изскачане на точната контекстуална информация в точния момент или осигуряване на по-фино движение на невронно контролирана протеза. В случай на използване на домашен любимец на Миранда, върху който той работи от години, може помогнете на хора със синдром на заключеност за по-добра бърза комуникация с външния свят.

Квантовата метавселена?

След това има възможност за използване на мозъка, за да взаимодейства със самия квантов компютър, вместо просто да го използва за начална обработка. „В бъдеще може да е възможно да се повлияе на квантовите състояния в квантова машина с умствени състояния“, каза Миранда. „Няма да отида толкова далеч, че ще можем да оплетем мозъка си с квантови компютри, но ще можем да имаме по-директна комуникация с квантовите състояния.“

Това може да бъде програмиране на квантов компютър не по тромавия начин на демонстрацията, а просто чрез мислене за желан изход и оставяне на машината да програмира незабавно правилния код. Представете си го като еволюционно изчисление (където заявявате желания резултат и оставяте машината да измисли творческия път към него) върху суперпозиционни стероиди.

Някои от изследователите по проекта също са развълнувани от перспективата да създадат това, което те наричат ​​квант метавселена. (И ако мислите, че токът концепция за правилната метавселена е размит по краищата, опитайте да обвиете главата си около неговия квантов еквивалент!). Някак си обаче идеята има много смисъл. ИИ изследователите отдавна са си представяли – и всъщност това е в основата на цялата представа за истинския изкуствен интелект – че мокрият софтуер на мозъка може да бъде пресъздаден чрез хардуер и софтуер. Поне от 90-те години на миналия век някои водещи физици и математици твърдят, че природата на съзнанието всъщност е квантова.

Например, a 2011 хартия в съавторство със световноизвестния оксфордски физик-математик Роджър Пенроуз твърди, че „съзнанието зависи от биологично оркестрирания квант изчисления в колекции от микротубули в мозъчните неврони, че тези квантови изчисления корелират и регулират невронната активност и че непрекъснатата еволюция на Шрьодингер на всяко квантово изчисление завършва в съответствие със специфичната схема на Диози–Пенроуз (DP) на „обективна редукция“ на квантово състояние."

„Водят се много философски дебати, че мозъкът функционира като квантов компютър“, обясни Миранда. „Хората мечтаят, че може би е възможно, ако успеем да свържем мозъка си с a квантова машина, тогава ние ставаме продължение на машината или машината става продължение на нашето мозък."

(Миранда каза, че той лично не е „напълно убеден“ от аргумента, че мозъците действат като квантови компютри.)

Първа стъпка в едно дълго пътуване

Засега голяма част от това е далечно – и далечно. Ще трябва да се направи напредък в множество области: Наличието на квантови компютри (демонстрацията, описана по-рано, беше извършена използване на симулиран квантов компютър), полезността на квантовите алгоритми, непрекъснатите подобрения в технологията за четене на мозъка и много Повече ▼.

Следващата стъпка, каза участникът в проекта професор Енрике Солано, директор на изследователската група Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), е „да отидем за уловени йони [квантови компютър] или базиран на спинови кубити, които работят при стайна температура и гарантират, че времето на латентност и кохерентност става съвместим."

Отварянето на тази кутия на Пандора с квантови изчисления, контролирани от мозъка, ще бъде трудно. Говорим за години преди това да стане практично за повече от няколко обещаващи демонстрации. Но най-големите иновации често отнемат време.

„Мозъкът е най-сложният обект, който познаваме досега във Вселената“, каза Солано пред Digital Trends. „В този смисъл, ако го свържете с примитивен интерфейс, трябва да приемете прекалено опростен негов модел с минимални биологични и интелигентни характеристики.“

Квантовото изчисление може да е решението на този проблем. Добре дошли в Quantum Brain Network, наистина.

Препоръки на редакторите

• Вътрешен поглед към целта на Lenovo да изпълни света с по-устойчиви компютри
• Учените току-що постигнаха пробив в квантовите изчисления
• Любопитни ли сте за бъдещето на Twitter? Такъв е и парламентът на Обединеното кралство
• Изследователите създават „липсваща част от мозайката“ в развитието на квантовите изчисления
• Полицията на Обединеното кралство, която очаква да разбие ферма за пот, вместо това се натъква на мина на криптовалута