Laboris, mis ühendab ajusid kvantarvutitega

Ühendkuningriigi Plymouthi ülikooli ruumis doktorant. õpilane istub arvuti taga, silmad kinni, nagu mediteeriks. Tema peas on see, mis näeb välja nagu must ujumismüts, kuid tegelikult on see elektroentsefalogrammi (EEG) lugeja, mis tajub üle peanaha liikuvat elektrilist aktiivsust. Tema ees on monitoril traatraamiga maakera kujutis, mille kaks punkti on tähistatud “1” ja “0”. Maakera keskel, nagu ühe osutiga kell, on nool, mis võngub nende kahe vahel. punktid. Kui õpilane muudab oma ilmet lõdvestunult erutuseks, nool tõmbleb ja liigub. Iga paari sekundi järel sisestab ta uue numbri.

See ei pruugi tunduda kuigi suur (ja praegu on selle töö jaoks veel väga algusaeg), kuid sellegipoolest on see põnev kraam. Kui õpilane muudab oma ajumustreid rahulikust pingestatud ja uuesti tagasi, tekitab ta alfa- ja beetalaineid, mida kasutatakse manipuleerida simuleeritud kubitidega – kvantarvutuse elementaarühikuga, mis peegeldab kvantfüüsika matemaatikat – kasutades selleks midagi muud kui võimsust mõttest.

"Kui treenite neid kahte tüüpi laineid tekitama, saate arvutisse saata morsekoodi." professor Eduardo Miranda Plymouthi ülikoolist rääkis Digital Trends. “Probleem on selles, et ühe käsu genereerimiseks kulub hetkel kaheksa sekundit, kuna EEG on väga aeglane. Selle analüüsimiseks vajame palju töötlemist. Ja see analüüs ei ole nii täpne, seega peame korduvalt kontrollima, kas kood on tõesti see, mida inimene soovib luua.

Tere tulemast aju-arvuti liidese kaudu kvantprogrammeerimise maailma mõnevõrra raputavatesse ja ebakindlatesse sammudesse. Selle loojate sõnul on see meeskonna Quantum Brain Network (lühendatult QBraiN) ehitamise algus. Ja sellel on potentsiaali teha palju asju, millest tasub põnevust saada.

Rohkem kui selle osade summa või röster-külmik?

Kui olete näinud praegu tehnoloogilisel silmapiiril virvendavat kõige põnevamate tehnoloogiate loendit, olete peaaegu kindlasti kohanud termineid aju-arvuti liides (BCI) ja kvantarvuti.

BCI on väljamõeldud terminoloogia arvuti juhtimiseks ajusignaalide abil. Kuigi iga käsitsi sisendiga seadet juhib tehniliselt aju – ehkki tavaliselt vahendaja, näiteks sõrmede või hääle kaudu –, BCI võimaldab saata neid käske välismaailmale, ilma et peaks esmalt ajust perifeersete närvide või lihaseid.

Vahepeal esindavad kvantarvutid Järgmine suur asi andmetöötluses. Esmakordselt pakuti välja 1980. aastatel, kuigi alles nüüd hakkas see tehniliseks reaalsuseks saama, viitab kvantarvutus täiesti uuele lähenemisele arvutiarhitektuurile. See pole mitte ainult palju võimsam kui olemasolevad klassikalised arvutid, vaid teeb selle ka võimalikuks saavutada asju, mis oleksid võimatud isegi siis, kui miljonid tänapäeva superarvutid on aheldatud koos. Kui usute nende pooldajaid, võivad nad olla vastuseks paratamatule Moore'i seaduse lõpp, nagu me seda teame.

Kuigi BCI-d ja kvantarvutid on kahtlemata paljulubavad tehnoloogiad, mis tekivad ajaloos samal hetkel, on küsimus selles, miks neid kokku viia – just see on see, mida Ühendkuningriigi Plymouthi ülikooli, Hispaania Valencia ülikooli ja Sevilla ülikooli, Saksamaa Kipu Quantum ja Hiina Shanghai ülikooli teadlaste konsortsium otsib tegema.

Tehnoloogid ei armasta midagi enamat kui paljutõotavate kontseptsioonide või tehnoloogiate kokkupõrkimine, uskudes, et kui need ühinevad, esindavad need enamat kui nende osade summa. Mõnikord töötab see suurepäraselt. Nagu riskikapitalist Andrew Chen oma raamatus kirjeldab Külmkäivituse probleemInstagram kasutas kaameraga varustatud nutitelefonide ilmumist ja samaaegselt sotsiaalmeedia võimsaid võrguefekte, et saada üheks kõige kiiremini kasvavaks rakenduseks ajaloos.

Kahe kohustusliku tehnoloogia võtmine ja nende kombineerimine ei tööta siiski alati. Apple'i tegevjuht Tim Cook ironiseeris kord, et "saate ühendada röstri ja külmkapi, kuid teate, need asjad ei ole tõenäoliselt kasutajale meeldivad."

Mis teeb siis aju juhitavast kvantarvutist esimese näite, klubi "enam-kui-osade summa" liikme, mitte aga röstri-külmkapi probleemi sümptomiks? Sees paber, mis ilmus 2022. aasta alguses, kirjutab eelnimetatud teadlaste konsortsium, et: "Näeme hästi ühendatud märgavara- ja riistvaraseadmete võrkude arendamist, mis töötlevad klassikalisi ja kvantarvutussüsteemid, mida vahendavad aju-arvuti liidesed ja A.I. Sellised võrgud hõlmavad ebatavalisi andmetöötlussüsteeme ja uusi inim-masina mooduseid interaktsioon."

Kasutusjuhtumeid ohtralt

Quantum Brain Networki kõige olulisem – ja kui see toimib, siis koheselt muutev – rakendus on see, et see aitab BCI-del paremini töötada. Meie ajud on uskumatult keerulised. Neil on 100 miljardit neuronit, mis moodustavad hiiglaslikke võrgustikke kvadriljonite ühendustega, mis on üksteisega väikeste elektriimpulsside kaudu pidevas ühenduses. Tänapäeval on teadus võimeline registreerima ajuosade suhtlemisviisi, alates väikseimast neuronitevahelisest interaktsioonist kuni neuronivõrkude vahelise suurema suhtluseni.

Kuid see hõlmab tavaliselt väga spetsiifilist tehnoloogiat, näiteks funktsionaalset magnetresonantstomograafiat (fMRI), mis on saadaval ainult parimates uurimislaborites. BCI katsed, mis põhinevad EEG nüril instrumendil, kipuvad olema suhteliselt lihtsustatud, mida nad saavad teha: Öelge, otsustades, kas inimene mõtleb sinisele või punasele värvile või paneb drooni üles-alla või vasakule liikuma ja õige. Neil puudub nüanss.

See on nüüd muutumas, selgitas Miranda. "Meil hakkab olema juurdepääs heale riistvarale. Üha parem EEG-skaneerimine on välja tulema.”

Parem ajulainete tuvastamise riistvara on siiski vaid üks osa puslest. Analoogiana kujutage ette, et erakordselt täpne mikrofon on asetatud keset jalgpallistaadioni. Mikrofon on nii võimas, et suudab vastu võtta iga heli, mida tuhanded fännid staadionil teevad, olenemata sellest, kas nad rõõmustavad valjult või näksivad vaikselt hotdogi. Kuid nii muljetavaldav kui see ka poleks, ei saaks te ilma õige helifiltreerimistarkvarata teha muud, kui kuulata vormitut massilist rahvamüra. Ainuüksi selline mikrofon ei aita teil määrata näiteks seda, mida istmel 77A isik ütleb.

See, mida te vajate, ei ole ainult oskus rekord seda teavet, aga ka dekodeerida ja muuta see kasulikuks. Ja kiiresti. See on see, mida kvantarvutus saaks teha, kasutades oma suurepäraseid võimeid, et aidata paremini töödelda kujuteldamatu kogus elektrilisi ajuimpulsse, mida on vaja kavatsuste ja mõtete mõistmiseks need tekivad.

"BCI vajab reaalajas juhtimist, " jätkas Miranda. "Ma arvan, et kvantarvutus võib anda kiiruse, mida me selle töötlemise jaoks vajame… [Praegu] me ei saa aru, mida see segane teave, mida me EEG-ga saame, tähendab. Kui saaksime, siis võiksime hakata klassifitseerima signaale ja märgistama teatud käitumisi, mida me sunnime end tootma.

Võib-olla poleks sellise käitumise tekitamiseks pingutamine isegi vajalik. Nagu Azeem Azhar oma 2021. aasta raamatus kirjutab Eksponentsiaalne, aju-arvuti liideste lubadus on suutma "närvitegevuse peast välja kiskuda juba enne, kui see mõtteks kujuneb". Nii nagu soovitamissüsteemid – näiteks Spotify, Netflix ja Amazon – püüavad meile näidata, mida me enne tarbida tahame. oleme isegi ise otsustanud, nii loevad ka BCI-d meie vaevu teadlikud mõttemustrid ja ekstrapoleerivad kasulikku teavet neid.

See võib olla nutika kodu juhtimine või robot, avades õigel hetkel õige kontekstuaalse teabe või pakkudes närvijuhitavale proteesile täpsemat liikumist. Miranda lemmikloomade kasutamise juhtumi puhul, mille kallal ta on aastaid töötanud, võiks see olla aidata lukustatud sündroomiga inimesi välismaailmaga kiiremaks suhtlemiseks.

Kvantmetaversum?

Siis on võimalus kasutada aju kvantarvuti endaga suhtlemiseks, selle asemel et kasutada seda lihtsalt alglaadimise töötlemiseks. "Tulevikus võib olla võimalik mõjutada vaimsete seisunditega kvantmasina kvantseisundeid," ütles Miranda. "Ma ei lähe nii kaugele, et ütlen, et suudame oma aju kvantarvutitega mässida, kuid saame kvantolekutega otsesemalt suhelda."

See võib olla kvantarvuti programmeerimine mitte näitlemise kohmakalt, vaid lihtsalt soovitud väljundi väljamõeldes ja masinal õige koodi koheselt programmeerida. Kujutlege seda nagu evolutsioonilist andmetöötlust (kus määrate soovitud väljundi ja lasete masinal selleni jõudva loomingulise tee välja mõelda) superpositsiooni steroididel.

Mõned projekti teadlased tunnevad põnevust ka väljavaatest luua kvantiks nimetatav metaversum. (Ja kui arvate, et praegune regulaarse metaversumi mõiste on servade ümber hägune, proovige oma pea ümber selle kvantekvivalendi!). Kuidagi on sellel ideel siiski palju mõtet. A.I. Teadlased on juba ammu ette kujutanud – ja tegelikult on see tõelise tehisintellekti idee aluseks –, et aju märgvara saab taasluua riist- ja tarkvara abil. Vähemalt alates 1990. aastatest on mõned juhtivad füüsikud ja matemaatikud väitnud, et teadvuse olemus on tegelikult kvant.

Näiteks a 2011 paber Maailmakuulsa Oxfordi matemaatilise füüsiku Roger Penrose'i kaasautor väidab, et "teadvus sõltub bioloogiliselt orkestreeritud kvantidest arvutused aju neuronite mikrotuubulite kogumites, et need kvantarvutused korreleeruvad neuronite aktiivsusega ja reguleerivad seda ning et Iga kvantarvutuse pidev Schrödingeri evolutsioon lõpeb vastavalt konkreetsele Diósi-Penrose'i (DP) skeemi "objektiivseks vähendamiseks". kvantolek."

"Käib palju filosoofilist arutelu, mille kohaselt aju toimib kvantarvutina," selgitas Miranda. "Inimesed unistavad, et võib-olla on võimalik, et kui meil õnnestuks oma aju ühendada a kvantmasin, siis meist saab masina pikendus või masinast saab meie laiendus aju."

(Miranda ütles, et ta ei ole isiklikult "täiesti veendunud" väites, et ajud toimivad nagu kvantarvutid.)

Astu üks pikal teekonnal

Praegu on suur osa sellest kaugel – ja kaugel. Edusamme tuleb teha mitmes valdkonnas: kvantarvutite kättesaadavus (varem kirjeldatud demo viidi läbi simuleeritud kvantarvuti kasutamine), kvantalgoritmide kasulikkus, ajulugemistehnoloogia jätkuv täiustamine ja palju rohkem.

Järgmine samm, ütles projektis osaleja professor Enrique Solano, uurimisrühma Quantum Technologies for Information Science (QUTIS) direktor, kavatseb püüda lõksu jäänud iooni [kvant arvuti] või spin-kubitidel, mis töötavad toatemperatuuril ja tagavad, et latentsus- ja koherentsusajad muutuvad ühildub."

Selle ajujuhitava kvantarvutite Pandora laeka avamine saab olema keeruline. Me räägime aastatest, enne kui see muutub praktiliseks rohkem kui vaid mõne paljutõotava demo jaoks. Kuid suurimad uuendused võtavad sageli aega.

"Aju on kõige keerulisem objekt, mida me siiani universumis teame," ütles Solano Digital Trendsile. "Selles mõttes, kui ühendate selle primitiivse liidesega, peate leppima selle liiga lihtsustatud mudeliga, millel on minimaalsed bioloogilised ja intelligentsed funktsioonid."

Selle probleemi lahenduseks võib olla kvantarvutus. Tere tulemast Quantum Brain Networki, tõepoolest.

Toimetajate soovitused

• Sissevaade Lenovo eesmärgile täita maailm säästlikumate arvutitega
• Teadlased saavutasid just läbimurde kvantarvutuses
• Kas olete uudishimulik Twitteri tuleviku vastu? Nii ka Ühendkuningriigi parlament
• Teadlased loovad kvantarvutite arendamisel "puuduva pusle".
• Ühendkuningriigi politsei, kes loodab potifarmi lõhkuda, komistab hoopis krüptovaluutakaevanduse otsa