Dentro del laboratorio que conecta cerebros a computadoras cuánticas

En una sala de la Universidad de Plymouth del Reino Unido, un Ph. D. el estudiante está sentado frente a una computadora, con los ojos cerrados como si estuviera meditando. En su cabeza hay lo que parece un gorro de baño negro, pero en realidad es un lector de electroencefalograma (EEG) que detecta la actividad eléctrica que pasa por su cuero cabelludo. Frente a él, en el monitor, hay una imagen de un globo terráqueo con dos puntos marcados como "1" y "0". En el centro del globo, como un reloj con una sola manecilla, hay una flecha que oscila entre los dos puntos. A medida que el estudiante cambia su expresión de una de relajación a una de agitación con los ojos muy abiertos, la flecha se contrae y se mueve. Cada varios segundos, ingresa un nuevo dígito.

Puede que no parezca mucho (y en este momento, todavía es muy pronto para este trabajo), pero no obstante es algo fascinante. A medida que el estudiante cambia sus patrones cerebrales de tranquilo a energizado y viceversa, produce ondas alfa y beta que luego se utilizan para manipular qubits simulados, la unidad elemental en la computación cuántica, que refleja las matemáticas de la física cuántica, usando nada más que el poder de pensamiento

"Si te entrenas para producir estos dos tipos de ondas, entonces puedes enviar algún tipo de código Morse a la computadora". profesor eduardo miranda de la Universidad de Plymouth a Digital Trends. “El problema es que tarda ocho segundos en generar un comando en este momento porque el EEG es muy lento. Necesitamos mucho procesamiento para analizarlo. Y este análisis no es tan preciso, por lo que debemos seguir revisando muchas veces para ver si el código es realmente lo que la persona quiere producir”.

Bienvenido a los pasos vacilantes y tentativos del mundo de la programación cuántica a través de la interfaz cerebro-computadora. Según sus creadores, es el comienzo de la construcción de lo que el equipo llama Quantum Brain Network (abreviado como QBraiN). Y tiene el potencial de hacer un montón de cosas por las que vale la pena emocionarse.

¿Más que la suma de sus partes o una nevera-tostadora?

Si ha visto alguna lista de las tecnologías más emocionantes que brillan actualmente en el horizonte tecnológico, es casi seguro que se ha topado con los términos interfaz cerebro-computadora (BCI) y computadora cuántica.

Un BCI es una terminología elegante para una forma de controlar una computadora usando señales cerebrales. Si bien todos los dispositivos con una entrada manual están técnicamente controlados por el cerebro, aunque generalmente a través de un intermediario como los dedos o la voz, un BCI hace posible enviar estos comandos al mundo exterior sin tener que enviarlos primero desde el cerebro a los nervios periféricos o músculos.

Las computadoras cuánticas, por su parte, representan la Próxima gran novedad en informática. Propuesta por primera vez en la década de 1980, aunque recién ahora comienza a convertirse en una realidad técnica, la computación cuántica se refiere a un enfoque completamente nuevo de la arquitectura informática. No solo será mucho más potente que las computadoras clásicas existentes, sino que también hará posible para lograr cosas que serían imposibles incluso con millones de las supercomputadoras de hoy encadenadas juntos. Podrían, si crees en sus defensores, ser la respuesta a lo inevitable Fin de la Ley de Moore tal como la conocemos..

Sin embargo, si bien las BCI y las computadoras cuánticas son, sin duda, tecnologías prometedoras que surgen en el mismo momento de la historia, la pregunta es por qué unirlas, que es exactamente lo que buscan. Un consorcio de investigadores de la Universidad de Plymouth del Reino Unido, la Universidad de Valencia y la Universidad de Sevilla de España, la Kipu Quantum de Alemania y la Universidad de Shanghái de China están buscando hacer.

Nada ama más a los tecnólogos que combinar conceptos o tecnologías prometedores con la creencia de que, cuando se unen, representarán más que la suma de sus partes. A veces esto funciona gloriosamente. Como describe el capitalista de riesgo Andrew Chen en su libro El problema del arranque en frío, Instagram aprovechó la aparición de los teléfonos inteligentes equipados con cámaras y los poderosos efectos de red simultáneos de las redes sociales para convertirse en una de las aplicaciones de más rápido crecimiento en la historia.

Sin embargo, tomar dos tecnologías imprescindibles y combinarlas no siempre funciona. El CEO de Apple, Tim Cook, bromeó una vez que "puedes hacer converger una tostadora y un refrigerador, pero, ya sabes, esas cosas probablemente no serán del agrado del usuario".

Entonces, ¿qué hace que la computación cuántica controlada por el cerebro sea un ejemplo de lo anterior, un miembro del club de más que la suma de sus partes, y no un síntoma del problema de la tostadora y el refrigerador? en un artículo publicado a principios de 2022, el mencionado consorcio de investigadores escribe que: “Prevemos el desarrollo de redes altamente conectadas de dispositivos húmedos y de hardware, procesamiento clásico y sistemas de computación cuántica, mediados por interfaces cerebro-computadora y A.I. Tales redes involucrarán sistemas informáticos no convencionales y nuevas modalidades de interacción hombre-máquina. interacción."

Casos de uso en abundancia

La aplicación más significativa (y, si funciona, inmediatamente transformadora) de Quantum Brain Network es que ayudará a las BCI a funcionar mejor. Nuestros cerebros son increíblemente complejos. Cuentan con 100 mil millones de neuronas, formando redes gigantes con billones de conexiones en constante comunicación entre sí a través de pequeños impulsos eléctricos. Hoy en día, la ciencia es capaz de registrar la forma en que se comunican las partes del cerebro, desde la interacción más pequeña de neurona a neurona hasta comunicaciones más grandes entre redes neuronales.

Pero hacer esto generalmente involucraba tecnología altamente especializada, como la resonancia magnética funcional (fMRI), que solo está disponible en los mejores laboratorios de investigación. Los experimentos BCI que se basan en el instrumento contundente de EEG tienden a ser comparativamente simplistas en lo que pueden hacer: Por ejemplo, decidir si una persona está pensando en el color azul o rojo, o hacer que un dron se mueva hacia arriba y hacia abajo o hacia la izquierda y bien. Carecen de matices.

Eso ahora está cambiando, explicó Miranda. “Estamos empezando a tener acceso a un buen hardware. Cada vez mejor la exploración EEG es saliendo.”

Sin embargo, un mejor hardware de detección de ondas cerebrales es solo una pieza del rompecabezas. Como analogía, imagina tener un micrófono extraordinariamente preciso colocado en medio de un estadio de fútbol. El micrófono es tan poderoso que es capaz de captar todos los sonidos de los miles de fanáticos en el estadio, sin importar si están animando en voz alta o comiendo un perrito caliente en silencio. Sin embargo, a pesar de lo impresionante que sería, sin el software de filtrado de audio adecuado, no podría hacer más que escuchar una masa informe y agregada de ruido de la multitud. Por sí solo, dicho micrófono no lo ayudaría a determinar, por ejemplo, lo que dice la persona en el asiento 77A.

Lo que necesita no es sólo la capacidad de registro esta información, sino también para descodificar y hacerlo útil. Y rápido. Esto es lo que podría hacer la computación cuántica usando sus habilidades superiores para ayudar a procesar mejor el cantidad inimaginable de impulsos cerebrales eléctricos que se necesitan para comprender las intenciones y los pensamientos como ocurren.

“BCI necesita control en tiempo real”, continuó Miranda. “Creo que la computación cuántica puede proporcionar la velocidad que necesitamos para hacer este procesamiento… [En este momento] no podemos entender qué significa toda esta información desordenada que estamos obteniendo con el EEG. Si pudiéramos, entonces podríamos comenzar a clasificar las señales y etiquetar ciertos comportamientos que nos obligamos a producir”.

Quizás esforzarse para producir estos comportamientos ni siquiera sería necesario. Como escribe Azeem Azhar en su libro de 2021 Exponencial, la promesa de las interfaces cerebro-computadora es poder "arrancar la actividad neuronal de nuestras cabezas incluso antes de que se convierta en pensamiento". Al igual que los sistemas de recomendación -como los que emplean Spotify, Netflix y Amazon- buscan mostrarnos lo que queremos consumir antes incluso hemos decidido por nosotros mismos, también los BCI leerán nuestros patrones de pensamiento apenas conscientes y extrapolarán información útil de a ellos.

Eso podría ser controlar una casa inteligente o un robot, mostrando la información contextual adecuada en el momento adecuado o proporcionando un movimiento más detallado a una prótesis con control neural. En el caso de uso de mascotas de Miranda, uno en el que ha estado trabajando durante años, podría ayudar a las personas con síndrome de enclaustramiento para comunicarse mejor y rápidamente con el mundo exterior.

¿El metaverso cuántico?

Luego, existe la posibilidad de usar el cerebro para interactuar con una computadora cuántica en sí, en lugar de solo usarlo para iniciar el procesamiento. “En el futuro, puede ser posible afectar estados cuánticos en una máquina cuántica con estados mentales”, dijo Miranda. “No iré tan lejos como para decir que podremos entrelazar nuestro cerebro con computadoras cuánticas, pero podremos tener una comunicación más directa con los estados cuánticos”.

Eso podría ser programar una computadora cuántica no de la manera torpe de la demostración, sino simplemente pensando en una salida deseada y dejando que la máquina programe el código correcto al instante. Imagínalo como la computación evolutiva (donde estableces un resultado deseado y dejas que la máquina descubra el camino creativo hacia él) con esteroides de superposición.

Algunos de los investigadores del proyecto también están entusiasmados con la perspectiva de crear lo que ellos llaman un cuántico. metaverso. (Y si crees que el actual concepto del metaverso regular está borroso en los bordes, ¡intenta envolver tu cabeza alrededor de su equivalente cuántico!). De alguna manera, sin embargo, la idea tiene mucho sentido. AI. Los investigadores han imaginado durante mucho tiempo, y, en realidad, esto sustenta toda la noción de verdadera inteligencia artificial, que el software húmedo del cerebro podría recrearse a través de hardware y software. Desde al menos la década de 1990, algunos físicos y matemáticos destacados han argumentado que la naturaleza de la conciencia es, de hecho, cuántica.

por ejemplo, un papel de 2011 en coautoría con el físico matemático de Oxford de renombre mundial, Roger Penrose, argumenta que "la conciencia depende de la secuencia cuántica orquestada biológicamente". computaciones en colecciones de microtúbulos dentro de las neuronas cerebrales, que estas computaciones cuánticas se correlacionan y regulan la actividad neuronal, y que la la evolución continua de Schrödinger de cada cálculo cuántico termina de acuerdo con el esquema específico de Diósi-Penrose (DP) de "reducción objetiva" de la estado cuántico”.

“Hay mucho debate filosófico que dice que el cerebro funciona como una computadora cuántica”, explicó Miranda. “La gente está soñando que tal vez sea posible que si logramos conectar nuestros cerebros con un máquina cuántica, entonces nos convertimos en una extensión de la máquina o la máquina se convierte en una extensión de nuestro cerebro."

(Miranda dijo que personalmente no está "totalmente convencido" por el argumento de que los cerebros actúan como computadoras cuánticas).

Primer paso en un largo viaje

Por ahora, gran parte de esto está lejos, y muy lejos. Será necesario avanzar en múltiples áreas: La disponibilidad de computadoras cuánticas (la demostración descrita anteriormente se llevó a cabo usando una computadora cuántica simulada), la utilidad de los algoritmos cuánticos, las mejoras continuas en la tecnología de lectura del cerebro y mucho más. más.

El próximo paso, dijo el participante del proyecto profesor enrique solano, director del grupo de investigación Tecnologías Cuánticas para la Ciencia de la Información (QUTIS), es “buscar un ion atrapado [tecnología cuántica computer] o uno basado en spin qubits, que funcionan a temperatura ambiente, y aseguran que los tiempos de latencia y coherencia sean compatible."

Abrir esta Caja de Pandora de computación cuántica controlada por el cerebro va a ser difícil. Estamos hablando de años antes de que esto sea práctico para más de unas pocas demostraciones prometedoras. Pero las mayores innovaciones a menudo toman tiempo.

“El cerebro es el objeto más complejo que conocemos hasta ahora en el universo”, dijo Solano a Digital Trends. “En este sentido, si lo conecta con una interfaz primitiva, debe aceptar un modelo demasiado simplificado con características biológicas e inteligentes mínimas”.

La computación cuántica puede ser la solución a ese problema. Bienvenido a Quantum Brain Network, de hecho.

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