Laboratorijas iekšpusē, kas savieno smadzenes ar kvantu datoriem

Apvienotās Karalistes Plimutas universitātes telpā doktora grāds. students sēž pie datora ar aizvērtām acīm, it kā viņš meditētu. Uz viņa galvas ir tā, kas izskatās kā melna peldcepure, bet patiesībā tas ir elektroencefalogrammas (EEG) lasītājs, kas uztver elektrisko aktivitāti, kas iet pār viņa galvas ādu. Viņa priekšā uz monitora ir redzams stiepļu rāmja globusa attēls ar diviem punktiem, kas apzīmēti ar “1” un “0”. Zemeslodes centrā kā pulkstenis ar vienu roku ir bultiņa, kas svārstās starp abiem punktus. Kad skolēns maina izteiksmi no atslābinošas uz satraukumu, bultiņa raustās un kustas. Ik pēc dažām sekundēm viņš ievada jaunu ciparu.

Tas var neizskatīties daudz (un šobrīd vēl ir ļoti agrīna šī darba diena), taču tā tomēr ir aizraujoša lieta. Kad students maina savus smadzeņu modeļus no mierīga uz enerģisku un atkal atpakaļ, viņš rada alfa un beta viļņus, kas pēc tam tiek izmantoti manipulēt ar simulētiem kubitiem — kvantu skaitļošanas elementu vienību, kas atspoguļo kvantu fizikas matemātiku — izmantojot tikai jaudu domas.

"Ja jūs apmācāt sevi radīt šos divu veidu viļņus, tad varat nosūtīt sava veida Morzes ābeci uz datoru." profesors Eduardo Miranda no Plimutas universitātes pastāstīja Digital Trends. “Problēma ir tā, ka vienas komandas ģenerēšana pašlaik aizņem astoņas sekundes, jo EEG ir ļoti lēna. Mums ir nepieciešams daudz apstrādes, lai to analizētu. Un šī analīze nav tik precīza, tāpēc mums ir vairākas reizes jāpārbauda, ​​​​vai kods patiešām ir tas, ko persona vēlas izveidot.

Laipni lūdzam kvantu programmēšanas pasaules nedaudz nestabilajos soļos, izmantojot smadzeņu un datora saskarni. Pēc tā veidotāju domām, tas ir sākums tam, ko komanda sauc par Quantum Brain Network (saīsināti kā QBraiN). Un tajā ir potenciāls darīt daudzas lietas, par kurām ir vērts aizrauties.

Vairāk nekā tā daļu summa vai tosteris-ledusskapis?

Ja esat redzējis kādu no aizraujošākajām tehnoloģijām, kas šobrīd mirdz tehnoloģiju apvāršņā, jūs gandrīz noteikti esat sastapies ar terminiem smadzeņu un datora saskarne (BCI) un kvantu dators.

BCI ir izdomāta terminoloģija datora vadīšanai, izmantojot smadzeņu signālus. Lai gan katru ierīci ar manuālu ievadi tehniski kontrolē smadzenes, lai gan parasti ar starpnieku, piemēram, pirkstiem vai balsi, BCI ļauj nosūtīt šīs komandas uz ārpasauli bez nepieciešamības vispirms izvadīt no smadzenēm uz perifērajiem nerviem vai muskuļus.

Tikmēr kvantu datori pārstāv Nākamā lielā lieta skaitļošanā. Kvantu skaitļošana pirmo reizi tika ierosināta pagājušā gadsimta astoņdesmitajos gados, lai gan tikai tagad sāka kļūt par tehnisku realitāti, un tā attiecas uz pilnīgi jaunu pieeju datoru arhitektūrai. Tas būs ne tikai daudz jaudīgāks par esošajiem klasiskajiem datoriem, bet arī padarīs to iespējamu sasniegt lietas, kas būtu neiespējamas pat tad, ja miljoniem mūsdienu superdatoru ir pieķēdēti kopā. Viņi varētu būt atbilde uz neizbēgamo, ja jūs ticat viņu atbalstītājiem Mūra likuma beigas, kā mēs to zinām.

Tomēr, lai gan BCI un kvantu datori neapšaubāmi ir daudzsološas tehnoloģijas, kas parādās vienā un tajā pašā vēstures posmā, jautājums ir, kāpēc tos apvienot, un tas ir tieši tas, ko pētnieku konsorcijs no Apvienotās Karalistes Plimutas universitātes, Spānijas Valensijas universitātes un Seviļas universitātes, Vācijas Kipu Quantum un Ķīnas Šanhajas universitātes meklē darīt.

Tehnologiem nepatīk nekas vairāk kā daudzsološu koncepciju vai tehnoloģiju sajaukšana, ticot, ka, apvienojoties, tās pārstāvēs vairāk nekā to daļu summu. Dažreiz tas darbojas lieliski. Kā savā grāmatā apraksta riska kapitālists Endrjū Čens Aukstā palaišanas problēma, Instagram izmantoja ar kameru aprīkotu viedtālruņu parādīšanos un vienlaikus jaudīgos sociālo mediju tīkla efektus, lai kļūtu par vienu no visstraujāk augošajām lietotnēm vēsturē.

Tomēr divu obligātu tehnoloģiju izmantošana un to apvienošana ne vienmēr darbojas. Apple izpilddirektors Tims Kuks reiz ironizēja, ka "jūs varat apvienot tosteri un ledusskapi, taču, ziniet, šīs lietas, iespējams, nebūs patīkamas lietotājam."

Tātad, kas padara smadzeņu vadīto kvantu skaitļošanu par piemēru tam, ka tā ir kluba “vairāk nekā daļu summa” dalībniece, nevis simptomātiska tostera un ledusskapja problēmai? Iekšā papīrs, kas publicēts 2022. gada sākumā, iepriekš minētais pētnieku konsorcijs raksta, ka: "Mēs paredzam augsti savienotu mitrā programmatūras un aparatūras ierīču tīklu attīstību, apstrādājot klasiskās un kvantu skaitļošanas sistēmas, ko nodrošina smadzeņu un datora saskarnes un A.I. Šādi tīkli ietvers netradicionālas skaitļošanas sistēmas un jaunas cilvēka un mašīnas modalitātes mijiedarbība."

Lietojuma gadījumu pārpilnība

Vissvarīgākais un, ja tas darbojas, nekavējoties transformējošais Quantum Brain Network pielietojums ir tas, ka tas palīdzēs BCI darboties labāk. Mūsu smadzenes ir neticami sarežģītas. Tie lepojas ar 100 miljardiem neironu, veidojot milzu tīklus ar kvadriljoniem savienojumu, kas pastāvīgi sazinās savā starpā, izmantojot sīkus elektriskus impulsus. Mūsdienās zinātne spēj reģistrēt smadzeņu daļu saziņas veidu, sākot no mazākās mijiedarbības starp neironiem un beidzot ar plašāku saziņu starp neironu tīkliem.

Taču tas parasti ir saistīts ar ļoti specializētām tehnoloģijām, piemēram, funkcionālo magnētiskās rezonanses attēlveidošanu (fMRI), kas ir pieejama tikai labākajās pētniecības laboratorijās. BCI eksperimenti, kas balstās uz neasu EEG instrumentu, mēdz būt salīdzinoši vienkāršoti attiecībā uz to, ko viņi var darīt: Sakiet, izlemjot, vai cilvēks domā par zilu vai sarkanu krāsu, vai liek dronam kustēties augšup un lejup vai pa kreisi un pa labi. Viņiem trūkst nianšu.

Tagad tas mainās, Miranda paskaidroja. “Mēs sākam piekļūt labai aparatūrai. Arvien labāka EEG skenēšana ir iznākot.”

Tomēr labāka smadzeņu viļņu uztveršanas aparatūra ir tikai viens no mīklas elementiem. Kā analoģiju iedomājieties, ka futbola stadiona vidū ir novietots ārkārtīgi precīzs mikrofons. Mikrofons ir tik jaudīgs, ka spēj uztvert katru skaņu, ko izdod tūkstošiem stadionā esošo fanu, neatkarīgi no tā, vai viņi skaļi uzmundrina vai klusi ēd hotdogu. Tomēr, lai cik iespaidīgi tas būtu, bez pareizās audio filtrēšanas programmatūras jūs nevarētu darīt vairāk, kā tikai klausīties apkopotu, bezveidīgu pūļa trokšņu masu. Šāds mikrofons pats par sevi nepalīdzēs noteikt, piemēram, to, ko saka 77. A sēdvietas persona.

Tas, kas jums nepieciešams, nav tikai spēja ieraksts šo informāciju, bet arī uz atšifrēt un padarīt to noderīgu. Un ātri. Tas ir tas, ko kvantu skaitļošana varētu darīt, izmantojot savas izcilās spējas, lai palīdzētu labāk apstrādāt neiedomājams daudzums smadzeņu elektrisko impulsu, kas nepieciešams, lai saprastu nodomus un domas kā tie rodas.

"BCI ir nepieciešama reāllaika kontrole," turpināja Miranda. “Es domāju, ka kvantu skaitļošana var nodrošināt nepieciešamo ātrumu, lai veiktu šo apstrādi… [Šobrīd] mēs nevaram saprast, ko nozīmē visa šī netīrā informācija, ko mēs iegūstam ar EEG. Ja mēs varētu, mēs varētu sākt klasificēt signālus un marķēt noteiktu uzvedību, ko piespiežam radīt.

Varbūt piepūle, lai radītu šādu uzvedību, pat nebūtu nepieciešama. Kā savā 2021. gada grāmatā raksta Azeem Azhar Eksponenciāls, smadzeņu un datora saskarņu solījums ir spēt "izraut no mūsu galvām neironu aktivitāti pat pirms tā pārvēršas domās". Tāpat kā ieteikumu sistēmas, piemēram, tās, kuras izmanto Spotify, Netflix un Amazon, cenšas mums parādīt, ko mēs vēlamies patērēt pirms mēs pat esam izlēmuši paši, tāpēc arī BCI nolasīs mūsu tikko apzinātos domu modeļus un ekstrapolēs noderīgu informāciju no viņiem.

Tā varētu būt viedās mājas kontrole vai robots, īstajā brīdī parādot pareizo kontekstuālo informāciju vai nodrošinot smalkākas kustības ar neironu kontrolētu protēzi. Mirandas mājdzīvnieku lietošanas gadījumā, pie kā viņš ir strādājis gadiem ilgi, tas varētu būt palīdzēt cilvēkiem ar bloķētā sindroma sindromu labāk ātri sazināties ar ārpasauli.

Kvantu metaverss?

Tad ir iespēja izmantot smadzenes, lai mijiedarbotos ar pašu kvantu datoru, nevis tikai izmantotu to sāknēšanas apstrādei. "Nākotnē var būt iespējams ietekmēt kvantu stāvokļus kvantu mašīnā ar garīgiem stāvokļiem," sacīja Miranda. "Es neteikšu, ka mēs varēsim sapīt savas smadzenes ar kvantu datoriem, bet mēs varēsim tiešāk sazināties ar kvantu stāvokļiem."

Tā varētu būt kvantu datora programmēšana, nevis trakulīgā demonstrācijas veidā, bet gan vienkārši domājot par vēlamo izvadi un ļaujot mašīnai uzreiz ieprogrammēt pareizo kodu. Iedomājieties to kā evolūcijas skaitļošanu (kur jūs norādāt vēlamo rezultātu un ļaujat mašīnai izdomāt radošo ceļu uz to) ar superpozīcijas steroīdiem.

Daži no projekta pētniekiem ir satraukti arī par iespēju izveidot to, ko viņi sauc par kvantu metaverss. (Un, ja jūs domājat, ka pašreizējais regulārā metaversa jēdziens ir izplūdis ap malām, mēģiniet aptīt galvu ap tā kvantu ekvivalentu!). Kaut kā tomēr idejai ir liela jēga. A.I. pētnieki jau sen ir iedomājušies – un patiesībā tas ir visa patiesā mākslīgā intelekta jēdziena pamatā –, ka smadzeņu mitro programmatūru varētu atjaunot, izmantojot aparatūru un programmatūru. Vismaz kopš deviņdesmitajiem gadiem daži vadošie fiziķi un matemātiķi ir apgalvojuši, ka apziņas būtība patiesībā ir kvantu raksturs.

Piemēram, a 2011. gada papīrs līdzautors pasaulslavenais Oksfordas matemātiskais fiziķis Rodžers Penrouzs apgalvo, ka "apziņa ir atkarīga no bioloģiski sakārtotiem kvantiem aprēķini smadzeņu neironu mikrotubulu kolekcijās, ka šie kvantu aprēķini korelē ar neironu aktivitāti un regulē to, un ka Katra kvantu skaitļošanas nepārtraukta Šrēdingera evolūcija beidzas saskaņā ar konkrēto Diósi-Penrose (DP) shēmu “objektīvās samazināšanas” kvantu stāvoklis."

"Notiek daudz filozofisku debašu, sakot, ka smadzenes darbojas kā kvantu dators," paskaidroja Miranda. "Cilvēki sapņo, ka, iespējams, ir iespējams, ka, ja mums izdotos savienot savas smadzenes ar a kvantu mašīna, tad mēs kļūstam par iekārtas paplašinājumu vai mašīna kļūst par mūsu paplašinājumu smadzenes."

(Miranda teica, ka viņu personīgi “pilnībā nepārliecina” arguments, ka smadzenes darbojas kā kvantu datori.)

Solis viens garā ceļojumā

Pagaidām liela daļa no tā ir tālu un tālu. Būs jāveic pasākumi vairākās jomās: kvantu datoru pieejamība (iepriekš aprakstītā demonstrācija tika veikta izmantojot simulētu kvantu datoru), kvantu algoritmu lietderību, nepārtrauktus smadzeņu lasīšanas tehnoloģiju uzlabojumus un daudz ko citu. vairāk.

Nākamais solis, sacīja projekta dalībnieks profesors Enrike Solano, pētniecības grupas Quantum Technologies for Information Science (QUTIS) direktors, ir "meklēt iesprostoti jonu [kvantu dators] vai tāds, kas balstīts uz spin kubitiem, kas darbojas istabas temperatūrā un nodrošina, ka latentuma un koherences laiki kļūst saderīgs.”

Atvērt šo smadzeņu kontrolētās kvantu skaitļošanas Pandoras lādi būs grūti. Mēs runājam par gadiem, pirms tas kļūst praktisks vairāk nekā tikai dažām daudzsološām demonstrācijām. Taču lielākajiem jauninājumiem bieži ir vajadzīgs laiks.

"Smadzenes ir vissarežģītākais objekts, ko mēs līdz šim zinām Visumā," Solano sacīja Digital Trends. "Šajā ziņā, ja savienojat to ar primitīvu saskarni, jums ir jāpieņem pārāk vienkāršots tā modelis ar minimālām bioloģiskām un inteliģentām funkcijām."

Kvantu skaitļošana var būt šīs problēmas risinājums. Laipni lūdzam Quantum Brain tīklā, patiešām.

Redaktoru ieteikumi

• Ieskats par Lenovo mērķi piepildīt pasauli ar ilgtspējīgākiem datoriem
• Zinātnieki tikko panāca izrāvienu kvantu skaitļošanā
• Vai interesējaties par Twitter nākotni? Tāpat arī Apvienotās Karalistes parlaments
• Pētnieki kvantu skaitļošanas attīstībā rada "trūkstošu finierzāģa gabalu".
• Apvienotās Karalistes policija plāno sagraut fermu, un tā vietā nonāks kriptovalūtas raktuvēs