Laboratorion sisällä, joka yhdistää aivot kvanttitietokoneisiin

Yhdistyneen kuningaskunnan Plymouthin yliopiston huoneessa tohtori. opiskelija istuu tietokoneen ääressä silmät kiinni, kuin hän meditoisi. Hänen päässään on musta uimalakki, mutta se on itse asiassa elektroenkefalogrammin (EEG) lukija, joka havaitsee hänen päänahansa yli kulkevan sähköisen toiminnan. Hänen edessään, näytöllä, on kuva rautalankapallosta, jossa on kaksi pistettä, jotka on merkitty "1" ja "0". Maapallon keskellä, kuten yhdellä osoittimella varustettu kello, on nuoli, joka värähtelee näiden kahden välillä pisteitä. Kun oppilas muuttaa ilmeensä rentoutuneesta levottomaksi, nuoli nykii ja liikkuu. Muutaman sekunnin välein hän syöttää uuden numeron.

Se ei ehkä näytä paljolta (ja juuri nyt on vielä hyvin alkuaikoja tälle teokselle), mutta se on kuitenkin kiehtovaa tavaraa. Kun opiskelija muuttaa aivotyyliään rauhallisesta energisoituneeksi ja takaisin, hän tuottaa alfa- ja beeta-aaltoja, joita sitten käytetään manipuloi simuloituja kubitteja - kvanttilaskennan alkuaineyksikköä, joka heijastaa kvanttifysiikan matematiikkaa - käyttämällä vain tehoa ajatuksesta.

"Jos harjoittelet itsesi tuottamaan näitä kahdenlaisia ​​aaltoja, voit lähettää jonkinlaisen morsekoodin tietokoneelle." professori Eduardo Miranda Plymouthin yliopistosta kertoi Digital Trendsille. ”Ongelma on, että yhden komennon luominen kestää tällä hetkellä kahdeksan sekuntia, koska EEG on erittäin hidas. Tarvitsemme paljon käsittelyä sen analysoimiseksi. Ja tämä analyysi ei ole niin tarkka, joten meidän on tarkistettava monta kertaa, onko koodi todella sitä, mitä henkilö haluaa tuottaa."

Tervetuloa kvanttiohjelmoinnin maailman jokseenkin horjuviin vaiheisiin aivo-tietokone-rajapinnan kautta. Sen tekijöiden mukaan se on tiimin Quantum Brain Network -verkoston (lyhennettynä QBraiN) rakentamisen alku. Ja sillä on potentiaalia tehdä monia asioita, joista kannattaa innostua.

Enemmän kuin osien summa tai leivänpaahdin-jääkaappi?

Jos olet nähnyt luettelon jännittävimmistä teknologioista, jotka tällä hetkellä hohtavat teknologiahorisontissa, olet lähes varmasti törmännyt termeihin aivo-tietokoneliitäntä (BCI) ja kvanttitietokone.

BCI on hienoa terminologiaa tavalle ohjata tietokonetta aivosignaalien avulla. Vaikka jokaista manuaalista syöttöä käyttävää laitetta ohjaavat teknisesti aivot – vaikkakin yleensä välittäjän, kuten sormien tai äänen avulla, BCI mahdollistaa näiden komentojen lähettämisen ulkomaailmaan ilman, että niitä tarvitsee ensin lähettää aivoista ääreishermoille tai lihaksia.

Kvanttitietokoneet puolestaan ​​edustavat Seuraava iso asia tietojenkäsittelyssä. Ensimmäisen kerran 1980-luvulla ehdotettu kvanttilaskenta viittaa täysin uuteen lähestymistapaan tietokonearkkitehtuuriin, vaikka siitä on vasta nyt tullut tekninen todellisuus. Se ei ole vain paljon tehokkaampi kuin nykyiset klassiset tietokoneet, vaan myös mahdollistaa sen saavuttaa asioita, jotka olisivat mahdottomia jopa miljoonien nykypäivän supertietokoneiden ollessa ketjutettuina yhdessä. He voisivat, jos uskot heidän kannattajiinsa, olla vastaus väistämättömään Mooren lain loppu sellaisena kuin me sen tunnemme.

Vaikka BCI: t ja kvanttitietokoneet ovat epäilemättä lupaavia teknologioita, jotka nousevat esiin samassa historian vaiheessa, kysymys on kuitenkin siitä, miksi yhdistää ne – mikä on juuri sitä, mitä Yhdistyneen kuningaskunnan Plymouthin yliopiston, Espanjan Valencian yliopiston ja Sevillan yliopiston, saksalaisen Kipu Quantumin ja Kiinan Shanghain yliopiston tutkijoiden konsortio hakee tehdä.

Teknologit eivät rakasta mitään muuta kuin lupaavien käsitteiden tai teknologioiden yhdistämistä siinä uskossa, että kun ne yhdistyvät, ne edustavat enemmän kuin osiensa summaa. Joskus tämä toimii loistavasti. Kuten pääomasijoittaja Andrew Chen kuvailee kirjassaan Kylmäkäynnistysongelma, Instagram hyödynsi kameralla varustettujen älypuhelimien ilmaantumista ja samanaikaisesti sosiaalisen median tehokkaita verkkovaikutuksia tullakseen yhdeksi historian nopeimmin kasvavista sovelluksista.

Kahden pakollisen teknologian ottaminen ja niiden yhdistäminen ei kuitenkaan aina toimi. Applen toimitusjohtaja Tim Cook vitsaili kerran, että "voit yhdistää leivänpaahtimen ja jääkaapin, mutta tiedäthän, että nämä asiat eivät luultavasti miellytä käyttäjää."

Joten mikä tekee aivoohjatusta kvanttilaskennasta esimerkin entisestä, enemmän kuin-osien summa -klubin jäsenestä, eikä leivänpaahdin-jääkaappi-ongelman oiretta? Jonkin sisällä paperi julkaistiin vuoden 2022 alussa, edellä mainittu tutkijakonsortio kirjoittaa, että: "Odotamme kehittyvän pitkälle yhteenliitettyjen märkäohjelmistojen ja laitteistojen verkkoja, jotka käsittelevät klassisia ja kvanttilaskentajärjestelmät, joita välittävät aivo-tietokone-rajapinnat ja A.I. Tällaisissa verkoissa käytetään epätavanomaisia ​​laskentajärjestelmiä ja uusia ihmis-kone-modaliteetteja vuorovaikutusta."

Käyttötapauksia yllin kyllin

Quantum Brain Networkin merkittävin – ja jos se toimii, välittömästi muuntava – sovellus on, että se auttaa BCI: itä toimimaan paremmin. Aivomme ovat uskomattoman monimutkaiset. Niissä on 100 miljardia neuronia, jotka muodostavat jättimäisiä verkkoja, joissa on kvadrillioita yhteyksiä, jotka ovat jatkuvasti yhteydessä toisiinsa pienten sähköisten impulssien välityksellä. Nykyään tiede pystyy tallentamaan aivojen osien kommunikointitavan pienimmästä hermosolujen välisestä vuorovaikutuksesta laajempaan kommunikaatioon hermosoluverkkojen välillä.

Mutta tämä käytti tyypillisesti erittäin erikoistunutta tekniikkaa, kuten funktionaalista magneettikuvausta (fMRI), joka on saatavilla vain huippututkimuslaboratorioissa. BCI-kokeet, jotka perustuvat tylppään EEG-instrumenttiin, ovat yleensä suhteellisen yksinkertaisia ​​siinä, mitä ne voivat tehdä: Sano, että päätät, ajatteleeko henkilö sinistä vai punaista väriä vai saako dronin liikkumaan ylös ja alas tai vasemmalle ja oikein. Niistä puuttuu vivahteita.

Se on nyt muuttumassa, Miranda selitti. ”Alamme saada hyvää laitteistoa. Yhä parempi EEG-skannaus on tulossa ulos.”

Parempi aivoaallontunnistuslaitteisto on kuitenkin vain yksi palapelin pala. Analogiana, kuvittele, että sinulla on poikkeuksellisen tarkka mikrofoni sijoitettuna keskelle jalkapallostadionia. Mikrofoni on niin tehokas, että se pystyy poimimaan jokaisen stadionin tuhansien fanien tuottaman äänen riippumatta siitä, hurraavatko he äänekkäästi vai muistelevatko hiljaa hotdogia. Kuitenkin niin vaikuttava kuin tämä olisikin, ilman oikeaa äänensuodatusohjelmistoa et pystyisi muuhun kuin kuuntelemaan koottua, muodotonta joukkomelun massaa. Sellainen mikrofoni ei yksinään auttaisi sinua määrittämään esimerkiksi sitä, mitä istuimella 77A oleva henkilö sanoo.

Se, mitä tarvitset, ei ole vain kyky ennätys tätä tietoa, mutta myös purkaa ja tehdä siitä hyödyllistä. Ja nopeasti. Tämä on mitä kvanttilaskenta voisi tehdä käyttämällä ylivoimaisia ​​kykyjään auttaakseen käsittelemään paremmin käsittämätön määrä sähköisiä aivoimpulsseja, joita tarvitaan aikomusten ja ajatusten ymmärtämiseen niitä esiintyy.

"BCI tarvitsee reaaliaikaista ohjausta", Miranda jatkoi. "Luulen, että kvanttilaskenta voi tarjota nopeuden, jonka tarvitsemme tämän prosessoinnin suorittamiseen… [Tällä hetkellä] emme voi ymmärtää, mitä kaikki tämä EEG: n avulla saamamme sotkuinen tieto tarkoittaa. Jos voisimme, voisimme alkaa luokitella signaaleja ja leimata tiettyjä käyttäytymismalleja, joita pakotamme itsemme tuottamaan."

Ehkä rasittaminen näiden käytäntöjen tuottamiseksi ei olisi edes välttämätöntä. Kuten Azeem Azhar kirjoittaa vuoden 2021 kirjassaan Eksponentiaalinen, aivojen ja tietokoneiden rajapintojen lupaus on kyetä "poimimaan hermotoimintaa päästämme jo ennen kuin se muodostuu ajatukseksi". Aivan kuten suositusjärjestelmät – kuten Spotifyn, Netflixin ja Amazonin käyttämät – pyrkivät näyttämään meille, mitä haluamme kuluttaa ennen olemme jopa päättäneet itse, joten myös BCI: t lukevat tuskin tietoisia ajatusmallejamme ja ekstrapoloivat hyödyllistä tietoa niitä.

Se voisi olla älykkään kodin hallintaa tai robotti, ponnahtaa esiin oikean kontekstuaalisen tiedon oikealla hetkellä tai tarjoaa tarkemman liikkeen hermoohjatulle proteesille. Mirandan lemmikkikäyttötapauksessa, jonka parissa hän on työskennellyt vuosia, se voisi olla mahdollista auttaa ihmisiä, joilla on locked-in-oireyhtymä kommunikoimaan paremmin nopeasti ulkomaailman kanssa.

Kvanttimetaversumi?

Sitten on mahdollisuus käyttää aivoja vuorovaikutukseen itse kvanttitietokoneen kanssa sen sijaan, että sitä käytettäisiin vain käynnistyskäsittelyyn. "Tulevaisuudessa voi olla mahdollista vaikuttaa kvanttikoneen kvanttitiloihin mielentiloilla", Miranda sanoi. "En mene niin pitkälle, että sanoisimme, että pystymme sotkemaan aivomme kvanttitietokoneisiin, mutta pystymme olemaan suorempi kommunikaatio kvanttitilojen kanssa."

Se voisi olla kvanttitietokoneen ohjelmointia ei esittelyn kömpelöllä tavalla, vaan yksinkertaisesti ajattelemalla haluttua lähtöä ja antamalla koneen ohjelmoida oikea koodi välittömästi. Kuvittele se evoluutiolaskentana (jossa ilmoitat halutun tulosteen ja annat koneen selvittää luova polku siihen) superpositiosteroideilla.

Jotkut hankkeen tutkijoista ovat myös innoissaan mahdollisuudesta luoda kvantiksi kutsumansa metaversumi. (Ja jos ajattelet nykyistä säännöllisen metaversumien käsite on sumeaa reunoista, yritä kietoa päätäsi kvanttivastineen ympärille!). Jotenkin ajatuksessa on kuitenkin paljon järkeä. A.I. tutkijat ovat pitkään kuvitelleet – ja tämä todellakin tukee koko käsitystä todellisesta tekoälystä –, että aivojen märkäohjelmisto voitaisiin luoda uudelleen laitteiston ja ohjelmiston avulla. Ainakin 1990-luvulta lähtien jotkut johtavat fyysikot ja matemaatikot ovat väittäneet, että tietoisuuden luonne on itse asiassa kvantti.

Esimerkiksi a 2011 lehti Maailmankuulun Oxfordin matemaattisen fyysikon Roger Penrosen kirjoittaja väittää, että "tietoisuus riippuu biologisesti organisoidusta kvantista laskelmat aivojen neuronien mikrotubuluskokoelmissa, että nämä kvanttilaskut korreloivat hermosolujen aktiivisuuden kanssa ja säätelevät sitä ja että Jokaisen kvanttilaskennan jatkuva Schrödinger-evoluutio päättyy tietyn Diósi–Penrosen (DP) -mallin "objektiivisen pelkistyksen" mukaisesti. kvanttitila."

"Meillä on paljon filosofista keskustelua siitä, että aivot toimivat kvanttitietokoneena", Miranda selitti. ”Ihmiset haaveilevat, että ehkä on mahdollista, että jos onnistuisimme yhdistämään aivomme a kvanttikone, silloin meistä tulee koneen jatke tai koneesta tulee meidän jatkeemme aivot."

(Miranda sanoi, ettei hän ole henkilökohtaisesti "täysin vakuuttunut" väitteestä, jonka mukaan aivot toimivat kuten kvanttitietokoneet.)

Yksi askel pitkällä matkalla

Tällä hetkellä suuri osa tästä on kaukana – ja kaukana. Edistystä on tehtävä useilla alueilla: Kvanttitietokoneiden saatavuus (aiemmin kuvattu demo suoritettiin simuloidun kvanttitietokoneen käyttäminen), kvanttialgoritmien hyödyllisyys, jatkuvat parannukset aivolukutekniikassa ja paljon muuta. lisää.

Seuraava askel, sanoi projektin osallistuja professori Enrique Solano, tutkimusryhmän Quantum Technologies for Information Science (QUTIS) johtaja, aikoo "etsiä loukkuun jääneen ionin [kvantti" tietokone] tai spin-kubitit, jotka toimivat huoneenlämmössä ja varmistavat, että latenssi- ja koherenssiajat muuttuvat yhteensopiva."

Tämän aivoohjatun kvanttilaskennan Pandoran lippaan avaaminen tulee olemaan vaikeaa. Puhumme vuosista, ennen kuin tästä tulee käytännöllistä muutakin kuin muutamille lupaaville demoille. Mutta suurimmat innovaatiot vievät usein aikaa.

"Aivot ovat monimutkaisin esine, jonka tiedämme tähän mennessä universumissa", Solano kertoi Digital Trendsille. "Tässä mielessä, jos yhdistät sen primitiiviseen käyttöliittymään, sinun on hyväksyttävä siitä liian yksinkertaistettu malli, jossa on minimaalisia biologisia ja älykkäitä ominaisuuksia."

Kvanttilaskenta voi olla ratkaisu tähän ongelmaan. Tervetuloa Quantum Brain Networkiin, todellakin.

Toimittajien suositukset

• Sisäinen katsaus Lenovon tavoitteeseen täyttää maailma kestävämmillä tietokoneilla
• Tutkijat saavuttivat juuri läpimurron kvanttilaskentaan
• Oletko kiinnostunut Twitterin tulevaisuudesta? Samoin Ison-Britannian parlamentti
• Tutkijat luovat "puuttuvan palapelin" kvanttilaskentaa kehittäessään
• Ison-Britannian poliisi, joka aikoo kaataa pottitilan, törmäsi sen sijaan kryptovaluuttakaivokselle