Unutar laboratorija koji povezuje mozgove s kvantnim računalima

U sobi na Sveučilištu Plymouth u Ujedinjenom Kraljevstvu, doktorat znanosti. učenik sjedi za računalom, zatvorenih očiju kao da meditira. Na glavi mu je nešto što izgleda kao crna kapa za plivanje, ali je zapravo čitač elektroencefalograma (EEG) koji očitava električnu aktivnost koja mu prolazi preko tjemena. Ispred njega, na monitoru, nalazi se slika zemaljske kugle s dvije točke označene "1" i "0". U središtu globusa, poput sata s jednom kazaljkom, nalazi se strelica koja oscilira između dva bodova. Dok učenik mijenja izraz lica iz izraza opuštenosti u izraz razrogačenih očiju, strelica se trza i pomiče. Svakih nekoliko sekundi upisuje novu znamenku.

Možda ne izgleda mnogo (i trenutno je još uvijek vrlo rano za ovaj rad), ali svejedno je fascinantna stvar. Dok učenik mijenja svoje moždane obrasce iz mirnog u energizirano i natrag, on proizvodi alfa i beta valove koji se zatim koriste za manipulirati simuliranim kubitima – elementarnom jedinicom u kvantnom računalstvu, koja odražava matematiku kvantne fizike – koristeći samo snagu misli.

"Ako se istrenirate da proizvodite ove dvije vrste valova, tada možete poslati neku vrstu Morseove abecede na računalo," profesor Eduardo Miranda sa Sveučilišta u Plymouthu rekao je za Digital Trends. “Problem je u tome što je trenutno potrebno osam sekundi za generiranje jedne naredbe jer je EEG vrlo spor. Treba nam puno obrade da bismo to analizirali. A ova analiza nije toliko precizna, pa moramo nastaviti provjeravati mnogo puta da vidimo je li kod zaista ono što osoba želi proizvesti.”

Dobrodošli u pomalo klimave, nesigurne korake svijeta kvantnog programiranja putem sučelja mozak-računalo. Prema njegovim kreatorima, to je početak izgradnje onoga što tim naziva Quantum Brain Network (skraćeno QBraiN). I ima potencijal za napraviti hrpu stvari zbog kojih se isplati uzbuđivati.

Više od zbroja njegovih dijelova ili toster-hladnjak?

Ako ste vidjeli bilo koji popis najuzbudljivijih tehnologija koje trenutno svjetlucaju na tehnološkom horizontu, gotovo ste sigurno naišli na pojmove sučelje mozak-računalo (BCI) i kvantno računalo.

BCI je otmjena terminologija za način upravljanja računalom pomoću moždanih signala. Dok svakim uređajem s ručnim unosom tehnički upravlja mozak – iako obično preko posrednika poput prstiju ili glasa – BCI omogućuje slanje ovih naredbi u vanjski svijet bez potrebe da ih prvo pošalje iz mozga u periferne živce ili mišići.

Kvantna računala, u međuvremenu, predstavljaju Sljedeća velika stvar u računalstvu. Prvi put predloženo 1980-ih, iako tek sada počinje postajati tehnička stvarnost, kvantno računalstvo odnosi se na potpuno novi pristup arhitekturi računala. Ne samo da će biti daleko snažnije od postojećih klasičnih računala, već će to i omogućiti postići stvari koje bi bile nemoguće čak i s milijunima današnjih superračunala vezanih u lance zajedno. Mogli bi, ako je vjerovati njihovim zagovornicima, biti odgovor na neizbježno kraj Mooreovog zakona kakvog poznajemo.

Međutim, iako su BCI i kvantna računala nedvojbeno obećavajuće tehnologije koje se pojavljuju u istoj točki povijesti, pitanje je zašto ih spajati – što je upravo ono što konzorcij istraživača s britanskog Sveučilišta u Plymouthu, španjolskog Sveučilišta u Valenciji i Sveučilišta u Sevilli, njemačkog Kipu Quantum i kineskog Sveučilišta u Šangaju traže napraviti.

Tehnolozi ne vole ništa više od spajanja obećavajućih koncepata ili tehnologija u uvjerenju da će, kada su ujedinjeni, predstavljati više od zbroja svojih dijelova. Ponekad ovo djeluje veličanstveno. Kako rizični kapitalist Andrew Chen opisuje u svojoj knjizi Problem hladnog starta, Instagram je iskoristio pojavu pametnih telefona opremljenih kamerom i istodobne snažne mrežne učinke društvenih medija kako bi postao jedna od najbrže rastućih aplikacija u povijesti.

Uzimanje dviju tehnologija koje morate imati i njihovo kombiniranje ipak ne funkcionira uvijek. Izvršni direktor Applea Tim Cook jednom je našalio da "možete spojiti toster i hladnjak, ali, znate, te stvari vjerojatno neće biti ugodne korisniku."

Dakle, što čini kvantno računalstvo kontrolirano mozgom primjerom prvog, članom kluba više od zbroja njegovih dijelova, a ne simptomatičnim za problem toster-hladnjak? U rad objavljen početkom 2022, gore spomenuti konzorcij istraživača piše da: “Predviđamo razvoj visoko povezanih mreža wetware i hardverskih uređaja, obradu klasičnih i kvantni računalni sustavi, posredovani sučeljima mozak-računalo i A.I. Takve mreže uključivat će nekonvencionalne računalne sustave i nove modalitete čovjek-stroj interakcija."

Mnoštvo slučajeva korištenja

Najznačajnija – i, ako djeluje, odmah transformativna – primjena Quantum Brain Network je ta da će pomoći BCI-ima da rade bolje. Naši su mozgovi nevjerojatno složeni. Imaju 100 milijardi neurona, koji tvore goleme mreže s kvadrilijunima veza u stalnoj međusobnoj komunikaciji putem sićušnih električnih impulsa. Danas je znanost sposobna zabilježiti način na koji dijelovi mozga komuniciraju, od najmanje interakcije između neurona do veće komunikacije između neuronskih mreža.

Ali to obično uključuje visoko specijaliziranu tehnologiju, poput funkcionalne magnetske rezonancije (fMRI), koja je dostupna samo u vrhunskim istraživačkim laboratorijima. Eksperimenti BCI koji se oslanjaju na tupi instrument EEG obično su relativno jednostavni u pogledu onoga što mogu učiniti: Recimo, odlučivanje misli li osoba na plavu ili crvenu boju ili natjerati dron da se kreće gore-dolje ili lijevo i pravo. Nedostaje im nijansa.

To se sada mijenja, objasnila je Miranda. “Počinjemo imati pristup dobrom hardveru. Sve bolje EEG skeniranje je izlazeći.”

Ipak, bolji hardver za detekciju moždanih valova samo je jedan dio slagalice. Kao analogiju, zamislite da imate izvanredno precizan mikrofon postavljen usred nogometnog stadiona. Mikrofon je toliko moćan da može uhvatiti svaki zvuk tisuća navijača na stadionu, bez obzira navijaju li glasno ili tiho grickaju hotdog. Međutim, koliko god ovo bilo impresivno, bez pravog softvera za filtriranje zvuka ne biste mogli učiniti ništa više od slušanja agregirane, bezoblične mase buke gomile. Sam po sebi, takav mikrofon vam ne bi pomogao da odredite, na primjer, što govori osoba na sjedalu 77A.

Ono što vam je potrebno nije samo sposobnost da snimiti ove informacije, ali i na dekodirati i učiniti ga korisnim. I to brzo. To je ono što bi kvantno računalstvo moglo učiniti korištenjem svojih superiornih sposobnosti za bolju obradu nezamisliva količina električnih moždanih impulsa koji su potrebni za razumijevanje namjera i misli kao javljaju se.

"BCI treba kontrolu u stvarnom vremenu", nastavila je Miranda. “Mislim da kvantno računalstvo može osigurati brzinu koja nam je potrebna za ovu obradu... [trenutačno] ne možemo shvatiti što znače sve te zbrkane informacije koje dobivamo s EEG-om. Kad bismo mogli, tada bismo mogli početi klasificirati signale i označavati određena ponašanja koja se prisiljavamo proizvesti.”

Možda napor da se proizvedu takva ponašanja ne bi ni bio potreban. Kako piše Azeem Azhar u svojoj knjizi iz 2021 Eksponencijalni, obećanje sučelja mozak-računalo je sposobnost "čupati neuronsku aktivnost iz naših glava čak i prije nego što se oblikuje u misli." Baš kao što sustavi preporuka – poput onih koje upotrebljavaju Spotify, Netflix i Amazon – nastoje nam pokazati što želimo prije konzumirati čak smo i sami odlučili, pa će i BCI čitati naše jedva svjesne obrasce mišljenja i ekstrapolirati korisne informacije iz ih.

To bi moglo biti upravljanje pametnim domom ili robot, iskačući prave kontekstualne informacije u pravom trenutku ili pružajući finije kretanje neuralno kontroliranoj protezi. U Mirandinom slučaju korištenja kućnog ljubimca, na kojem je godinama radio, moglo bi pomoći osobama sa sindromom zatvorenosti za bolju brzu komunikaciju s vanjskim svijetom.

Kvantni metasvemir?

Zatim postoji mogućnost korištenja mozga za interakciju sa samim kvantnim računalom, umjesto da se samo koristi za pokretanje obrade. "U budućnosti bi moglo biti moguće utjecati na kvantna stanja u kvantnom stroju pomoću mentalnih stanja", rekao je Miranda. "Neću ići tako daleko da kažem da ćemo moći ispreplesti naš mozak s kvantnim računalima, ali ćemo moći imati izravniju komunikaciju s kvantnim stanjima."

To bi moglo biti programiranje kvantnog računala ne na nezgrapni način demonstracije, već jednostavno razmišljanjem o željenom izlazu i dopuštanjem stroju da trenutno programira pravi kod. Zamislite to kao evolucijsko računalstvo (gdje navodite željeni rezultat i puštate stroj da smisli kreativni put do njega) na superpozicijskim steroidima.

Neki od istraživača na projektu također su uzbuđeni zbog mogućnosti stvaranja onoga što nazivaju kvantom metaverzum. (A ako mislite na struju koncept regularnog metaverzuma nejasno je oko rubova, pokušajte omotati glavu oko njegovog kvantnog ekvivalenta!). Nekako, ipak, ideja ima itekako smisla. A.I. istraživači su dugo zamišljali – i, zapravo, to podupire cjelokupni pojam prave umjetne inteligencije – da bi se wetware mozga mogao ponovno stvoriti pomoću hardvera i softvera. Najmanje od 1990-ih, neki vodeći fizičari i matematičari tvrde da je priroda svijesti, zapravo, kvantna.

Na primjer, a 2011 papir čiji je koautor svjetski poznati oksfordski matematički fizičar Roger Penrose tvrdi da "svijest ovisi o biološki orkestriranom kvantumu proračunima u zbirkama mikrotubula unutar moždanih neurona, da su ti kvantni proračuni u korelaciji s neuronskom aktivnošću i reguliraju je, te da kontinuirana Schrödingerova evolucija svakog kvantnog računanja završava u skladu sa specifičnom Diósi–Penroseovom (DP) shemom 'objektivne redukcije' kvantno stanje.”

"Vode se mnoge filozofske rasprave o tome da mozak funkcionira kao kvantno računalo", objasnila je Miranda. “Ljudi sanjaju da je možda moguće da ako bismo uspjeli povezati svoje mozgove s kvantni stroj, tada mi postajemo produžetak stroja ili stroj postaje produžetak našeg mozak."

(Miranda je rekao da on osobno nije "potpuno uvjeren" u argument da se mozgovi ponašaju poput kvantnih računala.)

Prvi korak na dugom putu

Za sada je mnogo toga daleko - i daleko. Bit će potrebno napraviti napredak u više područja: Dostupnost kvantnih računala (demo opisano ranije je provedeno korištenjem simuliranog kvantnog računala), korisnost kvantnih algoritama, stalna poboljšanja tehnologije čitanja mozga i mnogo toga više.

Sljedeći korak, rekao je sudionik projekta profesor Enrique Solano, direktor istraživačke skupine Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), je “potražiti zarobljeni ion [kvantni računalo] ili onaj koji se temelji na spin kubitima, koji rade na sobnoj temperaturi i osiguravaju da vremena latencije i koherencije postanu kompatibilan."

Bit će teško otvoriti Pandorinu kutiju kvantnog računalstva kojim upravlja mozak. Govorimo o godinama prije nego što ovo postane praktično za više od samo nekoliko obećavajućih demonstracija. Ali za najveće inovacije često je potrebno vrijeme.

"Mozak je najsloženiji objekt koji do sada poznajemo u svemiru", rekao je Solano za Digital Trends. "U tom smislu, ako ga povežete s primitivnim sučeljem, morate prihvatiti njegov previše pojednostavljeni model s minimalnim biološkim i inteligentnim značajkama."

Kvantno računalstvo moglo bi biti rješenje za taj problem. Dobro došli u Quantum Brain Network, doista.

Preporuke urednika

• Pogled iznutra na cilj Lenova da svijet ispuni održivijim računalima
• Znanstvenici su upravo postigli napredak u kvantnom računalstvu
• Zanima vas budućnost Twittera? Kao i britanski parlament
• Istraživači stvaraju 'dio slagalice koji nedostaje' u razvoju kvantnog računalstva
• Policija Ujedinjenog Kraljevstva koja očekuje da će uhapsiti farmu posuda umjesto toga nailazi na rudnik kriptovalute