Im Labor, das Gehirne mit Quantencomputern verbindet

In einem Raum der britischen Universität Plymouth wird ein Doktorand unterrichtet. Der Student sitzt mit geschlossenen Augen am Computer, als würde er meditieren. Auf seinem Kopf befindet sich etwas, das wie eine schwarze Badekappe aussieht, in Wirklichkeit aber ein Elektroenzephalogramm (EEG)-Lesegerät ist, das die elektrische Aktivität aufspürt, die über seine Kopfhaut fließt. Vor ihm auf dem Monitor ist das Bild eines Drahtgitterglobus mit zwei Punkten zu sehen, die mit „1“ und „0“ markiert sind. In der Mitte des Globus befindet sich, wie bei einer Uhr mit nur einem Zeiger, ein Pfeil, der zwischen beiden hin- und herpendelt Punkte. Während der Schüler seinen Gesichtsausdruck von Entspannung zu Aufregung mit großen Augen ändert, zuckt der Pfeil und bewegt sich. Alle paar Sekunden gibt er eine neue Ziffer ein.

Es sieht vielleicht nicht nach viel aus (und im Moment steckt diese Arbeit noch in den Kinderschuhen), aber es ist dennoch eine faszinierende Sache. Wenn der Schüler seine Gehirnmuster von ruhig zu energiegeladen und wieder zurück ändert, erzeugt er Alpha- und Betawellen, an die er sich dann gewöhnt Manipulieren Sie simulierte Qubits – die elementare Einheit im Quantencomputing, die die Mathematik der Quantenphysik widerspiegelt – und nutzen Sie dabei nichts weiter als die Kraft des Denkens.

„Wenn Sie sich darin üben, diese beiden Arten von Wellen zu erzeugen, können Sie eine Art Morsecode an den Computer senden.“ Professor Eduardo Miranda von der University of Plymouth sagte gegenüber Digital Trends. „Das Problem ist, dass die Generierung eines Befehls im Moment acht Sekunden dauert, weil das EEG sehr langsam ist. Wir benötigen viel Verarbeitung, um es zu analysieren. Und diese Analyse ist nicht so genau, also müssen wir immer wieder überprüfen, ob der Code wirklich das ist, was die Person produzieren möchte.“

Willkommen in den etwas wackeligen, zaghaften Schritten der Welt der Quantenprogrammierung mittels Gehirn-Computer-Schnittstelle. Nach Angaben der Macher ist dies der Beginn des Aufbaus dessen, was das Team das Quantum Brain Network (abgekürzt QBrain) nennt. Und es hat das Potenzial, eine Menge Dinge zu tun, die es wert sind, begeistert zu sein.

Mehr als die Summe seiner Teile oder ein Toaster-Kühlschrank?

Wenn Sie eine Liste der aufregendsten Technologien gesehen haben, die derzeit am technischen Horizont schimmern, sind Sie mit ziemlicher Sicherheit auf die Begriffe Gehirn-Computer-Schnittstelle (BCI) und Quantencomputer gestoßen.

Ein BCI ist eine ausgefallene Terminologie für eine Möglichkeit, einen Computer mithilfe von Gehirnsignalen zu steuern. Während jedes Gerät mit manueller Eingabe technisch gesehen vom Gehirn gesteuert wird – wenn auch meist über einen Mittler wie Finger oder Stimme – a BCI ermöglicht es, diese Befehle an die Außenwelt zu senden, ohne dass sie zunächst vom Gehirn an periphere Nerven oder weitergeleitet werden müssen Muskeln.

Quantencomputer stellen mittlerweile die dar Das nächste große Ding in der Informatik. Quantencomputing wurde erstmals in den 1980er Jahren vorgeschlagen, beginnt jedoch erst jetzt, technische Realität zu werden, und bezeichnet einen völlig neuen Ansatz für die Computerarchitektur. Es wird nicht nur weitaus leistungsfähiger sein als bestehende klassische Computer, sondern es auch ermöglichen Dinge zu erreichen, die selbst mit Millionen der heutigen Supercomputer in Ketten unmöglich wären zusammen. Sie könnten, wenn man ihren Befürwortern glaubt, die Antwort auf das Unvermeidliche sein Ende des Mooreschen Gesetzes, wie wir es kennen.

Obwohl BCIs und Quantencomputer zweifellos vielversprechende Technologien sind, die zum gleichen Zeitpunkt in der Geschichte auftauchen, stellt sich die Frage, warum sie zusammengebracht werden – und genau das ist es Ein Konsortium aus Forschern der britischen Universität Plymouth, der spanischen Universität Valencia und der Universität Sevilla, der deutschen Kipu Quantum und der chinesischen Shanghai-Universität sucht machen.

Technologen lieben nichts mehr, als vielversprechende Konzepte oder Technologien zusammenzuführen, in der Überzeugung, dass sie, wenn sie vereint sind, mehr als die Summe ihrer Teile darstellen. Manchmal klappt das wunderbar. Wie der Risikokapitalgeber Andrew Chen in seinem Buch beschreibt Das Kaltstartproblem, Instagram nutzte das Aufkommen von mit Kameras ausgestatteten Smartphones und die gleichzeitigen starken Netzwerkeffekte sozialer Medien, um zu einer der am schnellsten wachsenden Apps der Geschichte zu werden.

Allerdings funktioniert es nicht immer, zwei unverzichtbare Technologien zu kombinieren und sie zu kombinieren. Tim Cook, CEO von Apple, witzelte einmal: „Man kann einen Toaster und einen Kühlschrank zusammenführen, aber diese Dinge werden dem Benutzer wahrscheinlich nicht gefallen.“

Was macht also das gehirngesteuerte Quantencomputing zu einem Beispiel für Ersteres, zu einem Mitglied des Clubs, der mehr als die Summe seiner Teile ist, und nicht symptomatisch für das Toaster-Kühlschrank-Problem? In einem Papier veröffentlicht Anfang 2022Das oben genannte Forscherkonsortium schreibt: „Wir sehen die Entwicklung hochgradig vernetzter Netzwerke von Wetware- und Hardware-Geräten voraus, die klassische und technische Daten verarbeiten.“ Quantencomputersysteme, vermittelt durch Gehirn-Computer-Schnittstellen und KI. Solche Netzwerke werden unkonventionelle Computersysteme und neue Modalitäten der Mensch-Maschine-Beziehung umfassen Interaktion."

Anwendungsfälle in Hülle und Fülle

Die bedeutendste – und, wenn es funktioniert, unmittelbar transformative – Anwendung des Quantum Brain Network besteht darin, dass es BCIs dabei hilft, besser zu funktionieren. Unser Gehirn ist unglaublich komplex. Sie verfügen über 100 Milliarden Neuronen, die riesige Netzwerke mit Billiarden von Verbindungen bilden, die über winzige elektrische Impulse ständig miteinander kommunizieren. Heutzutage ist die Wissenschaft in der Lage, die Art und Weise aufzuzeichnen, wie Teile des Gehirns kommunizieren, von der kleinsten Neuron-zu-Neuron-Interaktion bis hin zu größeren Kommunikationen zwischen Neuronennetzwerken.

Dafür sind jedoch in der Regel hochspezialisierte Technologien wie die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) erforderlich, die nur in Spitzenforschungslabors verfügbar sind. Die BCI-Experimente, die auf dem stumpfen Instrument des EEG basieren, sind in ihren Möglichkeiten tendenziell vergleichsweise simpel: Sagen wir, entscheiden, ob eine Person an die Farbe Blau oder Rot denkt, oder eine Drohne dazu bringen, sich auf und ab oder nach links und rechts zu bewegen Rechts. Es mangelt ihnen an Nuancen.

Das ändert sich jetzt, erklärte Miranda. „Wir fangen an, Zugang zu guter Hardware zu haben. EEG-Scans werden immer besser herauskommen.”

Eine bessere Hardware zur Erfassung von Gehirnwellen ist jedoch nur ein Teil des Puzzles. Stellen Sie sich als Analogie vor, Sie hätten mitten in einem Fußballstadion ein außergewöhnlich präzises Mikrofon aufgestellt. Das Mikrofon ist so leistungsstark, dass es jedes Geräusch der tausenden Fans im Stadion auffangen kann, egal ob sie laut jubeln oder leise einen Hotdog essen. Doch so beeindruckend dies auch wäre: Ohne die richtige Audiofiltersoftware wären Sie nicht in der Lage, mehr zu tun, als sich eine angesammelte, formlose Masse an Menschenlärm anzuhören. Ein solches Mikrofon allein würde Ihnen beispielsweise nicht dabei helfen, herauszufinden, was die Person auf Sitzplatz 77A sagt.

Was Sie brauchen, ist nicht nur die Fähigkeit dazu aufzeichnen diese Informationen, sondern auch zu dekodieren es und mache es nützlich. Und schnell. Dies könnte das Quantencomputing erreichen, indem es seine überlegenen Fähigkeiten nutzt, um dabei zu helfen, die Daten besser zu verarbeiten unvorstellbare Menge elektrischer Gehirnimpulse, die nötig sind, um Absichten und Gedanken zu verstehen Sie erscheinen.

„BCI braucht Echtzeitkontrolle“, fuhr Miranda fort. „Ich denke, Quantencomputer können die Geschwindigkeit bieten, die wir für diese Verarbeitung benötigen … [Im Moment] können wir nicht herausfinden, was all diese chaotischen Informationen, die wir mit dem EEG erhalten, bedeuten. Wenn wir könnten, könnten wir beginnen, die Signale zu klassifizieren und bestimmte Verhaltensweisen zu kennzeichnen, zu deren Erzeugung wir uns zwingen.“

Vielleicht wäre es gar nicht nötig, sich anzustrengen, um diese Verhaltensweisen hervorzurufen. Wie Azeem Azhar in seinem 2021 erschienenen Buch schreibt ExponentiellDas Versprechen von Gehirn-Computer-Schnittstellen besteht darin, „neurale Aktivität aus unseren Köpfen herauszuholen, noch bevor sie sich in Gedanken niederschlägt“. So wie Empfehlungssysteme – wie sie etwa bei Spotify, Netflix und Amazon zum Einsatz kommen – darauf abzielen, uns vorher zu zeigen, was wir konsumieren möchten Wir haben sogar selbst entschieden, und BCIs werden auch unsere kaum bewussten Gedankenmuster lesen und daraus nützliche Informationen ableiten ihnen.

Das könnte die Steuerung eines Smart Homes sein oder ein Roboter, das Anzeigen der richtigen Kontextinformationen im richtigen Moment oder die Bereitstellung einer feinkörnigeren Bewegung für eine neural gesteuerte Prothese. In Mirandas Lieblingsanwendungsfall, an dem er seit Jahren arbeitet, könnte dies der Fall sein Helfen Sie Menschen mit Locked-in-Syndrom um besser und schneller mit der Außenwelt kommunizieren zu können.

Das Quantenmetaversum?

Dann besteht die Möglichkeit, das Gehirn für die Interaktion mit einem Quantencomputer selbst zu nutzen, anstatt ihn nur zum Starten der Verarbeitung zu verwenden. „In Zukunft könnte es möglich sein, Quantenzustände in einer Quantenmaschine mit mentalen Zuständen zu beeinflussen“, sagte Miranda. „Ich werde nicht so weit gehen zu sagen, dass wir unser Gehirn mit Quantencomputern verknüpfen können, aber wir werden in der Lage sein, direkter mit Quantenzuständen zu kommunizieren.“

Das könnte darin bestehen, einen Quantencomputer nicht auf die umständliche Art und Weise der Demonstration zu programmieren, sondern einfach dadurch, dass man an eine gewünschte Ausgabe denkt und die Maschine sofort den richtigen Code programmieren lässt. Stellen Sie es sich wie evolutionäres Rechnen vor (bei dem Sie eine gewünschte Ausgabe angeben und die Maschine den kreativen Weg dorthin herausfinden lassen) auf Superpositionssteroiden.

Einige der Forscher des Projekts sind auch begeistert von der Aussicht, etwas zu schaffen, das sie als Quantum bezeichnen Metaversum. (Und wenn Sie denken, dass die aktuelle Konzept des regulären Metaversums an den Rändern verschwommen ist, versuchen Sie, sich an sein Quantenäquivalent zu erinnern!). Irgendwie macht die Idee aber durchaus Sinn. K.I. Forscher haben sich schon lange vorgestellt – und das untermauert tatsächlich die gesamte Vorstellung von echter künstlicher Intelligenz –, dass die Wetware des Gehirns durch Hardware und Software nachgebildet werden könnte. Mindestens seit den 1990er Jahren argumentieren einige führende Physiker und Mathematiker, dass die Natur des Bewusstseins tatsächlich Quanten ist.

Zum Beispiel ein Papier von 2011 Roger Penrose, Co-Autor des weltberühmten mathematischen Physikers aus Oxford, argumentiert, dass „Bewusstsein von biologisch orchestrierten Quanten abhängt“. Berechnungen in Ansammlungen von Mikrotubuli in Gehirnneuronen, dass diese Quantenberechnungen mit der neuronalen Aktivität korrelieren und diese regulieren, und dass die Die kontinuierliche Schrödinger-Entwicklung jeder Quantenberechnung endet in Übereinstimmung mit dem spezifischen Diósi-Penrose (DP)-Schema der „objektiven Reduktion“ der Quantenzustand.“

„Es gibt viele philosophische Debatten darüber, dass das Gehirn wie ein Quantencomputer funktioniert“, erklärte Miranda. „Die Leute träumen davon, dass es vielleicht möglich wäre, wenn wir es schaffen würden, unser Gehirn mit einem zu verbinden Quantenmaschine, dann werden wir zu einer Erweiterung der Maschine oder die Maschine wird zu einer Erweiterung von uns Gehirn."

(Miranda sagte, dass er persönlich nicht „völlig überzeugt“ sei von dem Argument, dass Gehirne wie Quantencomputer funktionieren.)

Schritt eins auf einer langen Reise

Im Moment liegt vieles davon in weiter Ferne – und in weiter Ferne. In mehreren Bereichen müssen Fortschritte erzielt werden: Die Verfügbarkeit von Quantencomputern (die zuvor beschriebene Demo wurde durchgeführt). mithilfe eines simulierten Quantencomputers), die Nützlichkeit von Quantenalgorithmen, kontinuierliche Verbesserungen der Gehirnlesetechnologie und vieles mehr mehr.

Der nächste Schritt, sagte Projektteilnehmer Professor Enrique Solano, Direktor der Forschungsgruppe Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), ist „ein gefangenes Ion [Quantum Computer] oder eines, das auf Spin-Qubits basiert, die bei Raumtemperatur arbeiten und dafür sorgen, dass Latenz- und Kohärenzzeiten verkürzt werden kompatibel."

Es wird schwierig sein, die Büchse der Pandora des gehirngesteuerten Quantencomputings zu öffnen. Wir reden davon, dass es Jahre dauern wird, bis dies für mehr als nur ein paar vielversprechende Demos praktikabel wird. Doch die größten Innovationen brauchen oft Zeit.

„Das Gehirn ist das komplexeste Objekt im Universum, das wir bisher kennen“, sagte Solano gegenüber Digital Trends. „In diesem Sinne muss man, wenn man es mit einer primitiven Schnittstelle verbindet, ein stark vereinfachtes Modell davon mit minimalen biologischen und intelligenten Merkmalen akzeptieren.“

Quantencomputing könnte die Lösung für dieses Problem sein. Willkommen im Quantum Brain Network.

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