All'interno del laboratorio che collega i cervelli ai computer quantistici

In una stanza dell'Università di Plymouth nel Regno Unito, un dottorato di ricerca. lo studente è seduto al computer, gli occhi chiusi come se stesse meditando. Sulla sua testa c'è quella che sembra una cuffia da nuoto nera, ma in realtà è un lettore di elettroencefalogramma (EEG) che percepisce l'attività elettrica che passa sul suo cuoio capelluto. Di fronte a lui, sul monitor, c'è l'immagine di un globo wireframe con due punti contrassegnati con "1" e "0". Al centro del globo, come un orologio con una sola lancetta, c'è una freccia che oscilla tra le due punti. Quando lo studente cambia la sua espressione da rilassata a agitata con gli occhi spalancati, la freccia si contrae e si muove. Ogni parecchi secondi, inserisce una nuova cifra.

Contenuti

  • Più della somma delle sue parti o di un tostapane-frigorifero?
  • Casi d'uso in abbondanza
  • Il metaverso quantistico?
  • Primo passo di un lungo viaggio

Potrebbe non sembrare molto (e in questo momento è ancora molto presto per questo lavoro), ma è comunque roba affascinante. Quando lo studente cambia i suoi schemi cerebrali da calmo a energico e viceversa, produce onde alfa e beta che vengono poi utilizzate per manipolare qubit simulati - l'unità elementare nel calcolo quantistico, che riflette la matematica della fisica quantistica - usando nient'altro che la potenza di pensiero.

"Se ti alleni a produrre questi due tipi di onde, allora puoi inviare una sorta di codice Morse al computer", professore Edoardo Miranda dell'Università di Plymouth ha dichiarato a Digital Trends. “Il problema è che ci vogliono otto secondi per generare un comando al momento perché l'EEG è molto lento. Abbiamo bisogno di molte elaborazioni per analizzarlo. E questa analisi non è così accurata, quindi dobbiamo continuare a controllare molte volte per vedere se il codice è davvero ciò che la persona vuole produrre.

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Benvenuti ai passi un po' traballanti e incerti del mondo della programmazione quantistica attraverso l'interfaccia cervello-computer. Secondo i suoi creatori, è l'inizio della costruzione di ciò che il team chiama Quantum Brain Network (abbreviato in QBraiN). E ha il potenziale per fare un sacco di cose per cui vale la pena entusiasmarsi.

Più della somma delle sue parti o di un tostapane-frigorifero?

Se hai visto un elenco delle tecnologie più entusiasmanti attualmente luccicanti sull'orizzonte tecnologico, quasi sicuramente ti sei imbattuto nei termini interfaccia cervello-computer (BCI) e computer quantistico.

Un BCI è una terminologia elaborata per un modo di controllare un computer utilizzando segnali cerebrali. Mentre ogni dispositivo con un input manuale è tecnicamente controllato dal cervello, anche se di solito tramite un intermediario come le dita o la voce, a BCI rende possibile inviare questi comandi al mondo esterno senza dover prima emettere dal cervello ai nervi periferici o muscoli.

Uno studente ha un berretto EEG posto sulla sua testa.
Università di Plymouth

I computer quantistici, nel frattempo, rappresentano il La prossima grande novità nell'informatica. Proposto per la prima volta negli anni '80, anche se solo ora inizia a diventare una realtà tecnica, il calcolo quantistico si riferisce a un approccio completamente nuovo all'architettura dei computer. Non solo sarà molto più potente dei computer classici esistenti, ma lo renderà anche possibile per ottenere cose che sarebbero impossibili anche con milioni di supercomputer di oggi incatenati insieme. Potrebbero, se credi ai loro sostenitori, essere la risposta all'inevitabile fine della Legge di Moore così come la conosciamo.

Tuttavia, mentre le BCI e i computer quantistici sono indubbiamente tecnologie promettenti che emergono nello stesso momento storico, la domanda è perché metterli insieme, che è esattamente ciò che un consorzio di ricercatori dell'Università di Plymouth nel Regno Unito, dell'Università di Valencia in Spagna e dell'Università di Siviglia, dell'Università di Kipu Quantum in Germania e dell'Università di Shanghai in Cina stanno cercando fare.

Tuttavia, prendere due tecnologie indispensabili e combinarle non sempre funziona.

I tecnologi non amano nient'altro che mettere insieme concetti o tecnologie promettenti nella convinzione che, una volta uniti, rappresenteranno più della somma delle loro parti. A volte questo funziona gloriosamente. Come descrive il venture capitalist Andrew Chen nel suo libro Il problema dell'avviamento a freddo, Instagram ha sfruttato l'emergere di smartphone dotati di fotocamera e i potenti effetti di rete simultanei dei social media per diventare una delle app in più rapida crescita nella storia.

Tuttavia, prendere due tecnologie indispensabili e combinarle non sempre funziona. Il CEO di Apple, Tim Cook, una volta ha scherzato dicendo che "puoi far convergere un tostapane e un frigorifero, ma, sai, quelle cose probabilmente non saranno gradite all'utente".

Quindi cosa rende il calcolo quantistico controllato dal cervello un esempio del primo, un membro del club del più della somma delle sue parti e non sintomatico del problema del tostapane-frigo? In un articolo pubblicato all'inizio del 2022, il suddetto consorzio di ricercatori scrive che: “Prevediamo lo sviluppo di reti altamente connesse di dispositivi wetware e hardware, elaborazione classica e sistemi di calcolo quantistico, mediati da interfacce cervello-computer e A.I. Tali reti coinvolgeranno sistemi informatici non convenzionali e nuove modalità di uomo-macchina interazione."

Casi d'uso in abbondanza

L'applicazione più significativa – e, se funziona, immediatamente trasformativa – del Quantum Brain Network è che aiuterà le BCI a lavorare meglio. I nostri cervelli sono incredibilmente complessi. Vantano 100 miliardi di neuroni, formando reti giganti con quadrilioni di connessioni in costante comunicazione tra loro tramite minuscoli impulsi elettrici. Oggi la scienza è in grado di registrare il modo in cui le parti del cervello comunicano, dalla più piccola interazione neurone-neurone a comunicazioni più ampie tra reti di neuroni.

Ma fare questo in genere richiedeva una tecnologia altamente specializzata, come la risonanza magnetica funzionale (fMRI), che è disponibile solo nei migliori laboratori di ricerca. Gli esperimenti BCI che si basano sullo strumento contundente dell'EEG tendono ad essere relativamente semplicistici in ciò che possono fare: Diciamo, decidendo se una persona sta pensando al colore blu o rosso, o facendo muovere un drone su e giù oa sinistra e Giusto. Mancano di sfumature.

Una scansione fMRI osservata dal dottorando dell'Università del Colorado Brendan Depue.
Glenn Asakawa/The Denver Post via Getty Images

Ora sta cambiando, ha spiegato Miranda. “Stiamo iniziando ad avere accesso a un buon hardware. La scansione EEG è sempre più migliore uscire.”

Tuttavia, un migliore hardware di rilevamento delle onde cerebrali è solo un pezzo del puzzle. Come analogia, immagina di avere un microfono straordinariamente accurato posizionato nel mezzo di uno stadio di calcio. Il microfono è così potente che è in grado di captare ogni suono emesso dalle migliaia di tifosi allo stadio, indipendentemente dal fatto che stiano applaudendo ad alta voce o sgranocchiando un hot dog. Tuttavia, per quanto impressionante possa essere, senza il giusto software di filtraggio audio, non saresti in grado di fare altro che ascoltare una massa aggregata e informe di rumore della folla. Di per sé, un tale microfono non aiuterebbe a determinare, ad esempio, cosa viene detto dalla persona al posto 77A.

Ciò di cui hai bisogno non è solo la capacità di farlo documentazione queste informazioni, ma anche a decodificare e renderlo utile. E rapidamente. Questo è ciò che l'informatica quantistica potrebbe fare utilizzando le sue capacità superiori per aiutare a elaborare meglio il quantità inimmaginabile di impulsi cerebrali elettrici necessari per comprendere intenzioni e pensieri come si verificano.

"BCI ha bisogno di controllo in tempo reale", ha continuato Miranda. “Penso che il calcolo quantistico possa fornire la velocità di cui abbiamo bisogno per eseguire questa elaborazione... [In questo momento] non riusciamo a capire cosa significhi tutte queste informazioni disordinate che stiamo ottenendo con l'EEG. Se potessimo, allora potremmo iniziare a classificare i segnali ed etichettare determinati comportamenti che ci costringiamo a produrre.

Un'illustrazione di una rete cerebrale su uno sfondo raffigurante vene.
Chris DeGraw/Tendenze digitali, Getty Images

Forse sforzarsi per produrre questi comportamenti non sarebbe nemmeno necessario. Come scrive Azeem Azhar nel suo libro del 2021 Esponenziale, la promessa delle interfacce cervello-computer è quella di essere in grado di "strappare l'attività neurale dalle nostre teste ancor prima che si trasformi in pensiero". Proprio come i sistemi di raccomandazione, come quelli impiegati da Spotify, Netflix e Amazon, cercano di mostrarci cosa vogliamo consumare prima abbiamo persino deciso da soli, quindi anche i BCI leggeranno i nostri schemi di pensiero a malapena coscienti ed estrapoleranno informazioni utili da loro.

Potrebbe controllare una casa intelligente o un robot, facendo apparire le giuste informazioni contestuali al momento giusto o fornendo un movimento più dettagliato a una protesi controllata dal sistema nervoso. Nel caso d'uso dell'animale domestico di Miranda, su cui ha lavorato per anni, potrebbe aiutare le persone con la sindrome del lock-in per comunicare meglio rapidamente con il mondo esterno.

Il metaverso quantistico?

Poi c'è la possibilità di usare il cervello per interagire con un computer quantistico stesso, piuttosto che usarlo solo per avviare l'elaborazione. "In futuro, potrebbe essere possibile influenzare gli stati quantistici in una macchina quantistica con stati mentali", ha detto Miranda. "Non arriverò a dire che saremo in grado di intrappolare il nostro cervello con i computer quantistici, ma saremo in grado di avere una comunicazione più diretta con gli stati quantistici".

Potrebbe essere programmare un computer quantistico non nel modo goffo della dimostrazione, ma semplicemente pensando a un output desiderato e lasciando che la macchina programmi il codice giusto all'istante. Immaginalo come un calcolo evolutivo (dove dichiari un output desiderato e lasci che la macchina capisca il percorso creativo verso di esso) con steroidi di sovrapposizione.

Un'illustrazione di un cervello con intelligenza artificiale a scorrimento del testo del computer.
Chris DeGraw/Tendenze digitali, Getty Images

Alcuni dei ricercatori del progetto sono anche entusiasti della prospettiva di creare quello che chiamano un quanto metaverso. (E se pensi che la corrente concetto di metaverso regolare è sfocato attorno ai bordi, prova a capire il suo equivalente quantistico!). In qualche modo, però, l'idea ha molto senso. AI i ricercatori hanno a lungo immaginato - e, in realtà, questo è alla base dell'intera nozione di vera intelligenza artificiale - che il wetware del cervello potesse essere ricreato attraverso hardware e software. Almeno dagli anni '90, alcuni eminenti fisici e matematici hanno sostenuto che la natura della coscienza è, in effetti, quantistica.

Ad esempio, A Carta del 2011 co-autore del fisico matematico di Oxford di fama mondiale Roger Penrose sostiene che "la coscienza dipende da quantistica quantistica biologicamente orchestrata calcoli in raccolte di microtubuli all'interno dei neuroni cerebrali, che questi calcoli quantistici sono correlati e regolano l'attività neuronale e che il l'evoluzione continua di Schrödinger di ogni calcolo quantistico termina secondo lo specifico schema Diósi-Penrose (DP) di "riduzione oggettiva" della stato quantico”.

"C'è un sacco di dibattito filosofico in corso che dice che il cervello funziona come un computer quantistico", ha spiegato Miranda. “Le persone sognano che forse è possibile che se riuscissimo a connettere i nostri cervelli con a macchina quantistica, allora diventiamo un'estensione della macchina o la macchina diventa un'estensione della nostra cervello."

(Miranda ha affermato di non essere personalmente "del tutto convinto" dall'argomento secondo cui i cervelli agiscono come computer quantistici.)

Primo passo di un lungo viaggio

Per ora, gran parte di questo è lontano e lontano. Saranno necessari progressi in più aree: La disponibilità di computer quantistici (è stata effettuata la demo descritta in precedenza utilizzando un computer quantistico simulato), l'utilità degli algoritmi quantistici, i continui miglioramenti nella tecnologia di lettura del cervello e molto altro Di più.

Il prossimo passo, ha detto partecipante al progetto professore Enrico Solano, direttore del gruppo di ricerca Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), è “andare per uno ione intrappolato [quantum computer] o uno basato su spin qubit, che lavorano a temperatura ambiente, e assicurano che i tempi di latenza e coerenza diventino compatibile."

Aprire questo vaso di Pandora dell'informatica quantistica controllata dal cervello sarà difficile. Stiamo parlando di anni prima che questo diventi pratico per più di poche demo promettenti. Ma le più grandi innovazioni spesso richiedono tempo.

"Il cervello è l'oggetto più complesso che conosciamo fino ad ora nell'universo", ha detto Solano a Digital Trends. "In questo senso, se lo colleghi a un'interfaccia primitiva, devi accettarne un modello semplificato con caratteristiche biologiche e intelligenti minime".

Il calcolo quantistico potrebbe essere la soluzione a questo problema. Benvenuti nel Quantum Brain Network, davvero.

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