In een kamer aan de Universiteit van Plymouth in het Verenigd Koninkrijk, een Ph. D. student zit achter een computer, ogen dicht alsof hij mediteert. Op zijn hoofd zit wat lijkt op een zwarte badmuts, maar het is eigenlijk een elektro-encefalogram (EEG)-lezer die de elektrische activiteit voelt die over zijn hoofdhuid gaat. Voor hem, op de monitor, is er een afbeelding van een draadmodel wereldbol met twee punten gemarkeerd met "1" en "0". In het midden van de wereldbol bevindt zich, net als een klok met één wijzer, een pijl die heen en weer beweegt tussen de twee punten. Terwijl de student zijn gezichtsuitdrukking verandert van een uitdrukking van ontspanning in een uitdrukking van agitatie met grote ogen, trilt en beweegt de pijl. Elke paar seconden voert hij een nieuw cijfer in.
Inhoud
- Meer dan de som der delen of een toaster-koelkast?
- Gebruik cases in overvloed
- De kwantum-metaverse?
- Stap één in een lange reis
Het lijkt misschien niet veel (en op dit moment is het nog erg vroeg voor dit werk), maar het is niettemin fascinerende dingen. Terwijl de student zijn hersenpatronen verandert van kalm naar energiek en weer terug, produceert hij alfa- en bètagolven die vervolgens worden gebruikt om manipuleren van gesimuleerde qubits - de elementaire eenheid in kwantumcomputing, die de wiskunde van kwantumfysica weerspiegelt - met niets meer dan de kracht van gedachte.
"Als je jezelf traint om deze twee soorten golven te produceren, dan kun je een soort morsecode naar de computer sturen." professor Eduardo Miranda van de Universiteit van Plymouth vertelde Digital Trends. “Het probleem is dat het op dit moment acht seconden duurt om één commando te genereren, omdat het EEG erg traag is. We hebben veel verwerking nodig om het te analyseren. En deze analyse is niet zo nauwkeurig, dus we moeten het vaak blijven controleren om te zien of de code echt is wat de persoon wil produceren.”
Aanbevolen video's
Welkom in de ietwat wankele, aarzelende stappen van de wereld van kwantumprogrammering via de hersen-computerinterface. Volgens de makers is dit het begin van de bouw van wat het team het Quantum Brain Network (afgekort tot QBraiN) noemt. En het heeft het potentieel om een heleboel dingen te doen die de moeite waard zijn om enthousiast over te worden.
Meer dan de som der delen of een toaster-koelkast?
Als je een lijst hebt gezien van de meest opwindende technologieën die momenteel aan de technische horizon glinsteren, ben je vrijwel zeker de termen brain-computer interface (BCI) en kwantumcomputer tegengekomen.
Een BCI is een mooie terminologie voor een manier om een computer te besturen met behulp van hersensignalen. Hoewel elk apparaat met handmatige invoer technisch wordt bestuurd door de hersenen – zij het meestal via een tussenpersoon zoals vingers of stem – is een BCI maakt het mogelijk om deze commando's naar de buitenwereld te sturen zonder eerst vanuit de hersenen naar perifere zenuwen of zenuwen te hoeven gaan spieren.
Kwantumcomputers vertegenwoordigen ondertussen de Next Big Thing in de informatica. Quantum computing, dat voor het eerst werd voorgesteld in de jaren tachtig, maar nu pas een technische realiteit begint te worden, verwijst naar een volledig nieuwe benadering van computerarchitectuur. Het zal niet alleen veel krachtiger zijn dan bestaande klassieke computers, maar het zal het ook mogelijk maken om dingen te bereiken die onmogelijk zouden zijn, zelfs niet met miljoenen supercomputers van vandaag geketend samen. Ze kunnen, als je hun voorstanders gelooft, het antwoord zijn op het onvermijdelijke einde van de wet van Moore zoals wij die kennen.
Hoewel BCI's en kwantumcomputers ongetwijfeld veelbelovende technologieën zijn die op hetzelfde moment in de geschiedenis opkomen, is de vraag waarom ze samen worden gebracht - en dat is precies wat de Een consortium van onderzoekers van de Britse Universiteit van Plymouth, de Spaanse Universiteit van Valencia en de Universiteit van Sevilla, het Duitse Kipu Quantum en de Chinese Universiteit van Shanghai zijn op zoek naar Te doen.
Het nemen van twee onmisbare technologieën en het combineren ervan werkt echter niet altijd.
Technologen doen niets liever dan veelbelovende concepten of technologieën samenvoegen in de overtuiging dat ze, als ze verenigd zijn, meer zullen vertegenwoordigen dan de som der delen. Soms werkt dit glorieus. Zoals durfkapitalist Andrew Chen beschrijft in zijn boek Het probleem van de koude start, maakte Instagram gebruik van de opkomst van smartphones met camera's en de gelijktijdige krachtige netwerkeffecten van sociale media om een van de snelstgroeiende apps in de geschiedenis te worden.
Het nemen van twee onmisbare technologieën en het combineren ervan werkt echter niet altijd. Tim Cook, CEO van Apple, grapte ooit: "Je kunt een broodrooster en een koelkast combineren, maar weet je, die dingen zullen de gebruiker waarschijnlijk niet bevallen."
Dus wat maakt hersengestuurde kwantumcomputing tot een voorbeeld van de eerste, een lid van de meer-dan-de-som-van-de-delen-club, en niet symptomatisch voor het broodrooster-koelkastprobleem? In een paper gepubliceerd begin 2022, schrijft het bovengenoemde consortium van onderzoekers dat: “We voorzien de ontwikkeling van sterk verbonden netwerken van wetware en hardwareapparaten, die klassieke en kwantumcomputersystemen, gemedieerd door brein-computerinterfaces en A.I. Dergelijke netwerken zullen onconventionele computersystemen en nieuwe modaliteiten van mens-machine omvatten interactie.”
Gebruik cases in overvloed
De belangrijkste - en, als het werkt, onmiddellijk transformerende - toepassing van het Quantum Brain Network is dat het BCI's zal helpen om beter te werken. Onze hersenen zijn ongelooflijk complex. Ze beschikken over 100 miljard neuronen en vormen gigantische netwerken met biljoenen verbindingen die constant met elkaar communiceren via kleine elektrische impulsen. Tegenwoordig is de wetenschap in staat om vast te leggen hoe delen van de hersenen communiceren, van de kleinste neuron-tot-neuron-interactie tot grotere communicatie tussen neuronnetwerken.
Maar om dit te doen, was meestal zeer gespecialiseerde technologie nodig, zoals functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI), die alleen beschikbaar is in toponderzoekslaboratoria. De BCI-experimenten die steunen op het botte instrument van EEG zijn over het algemeen relatief simplistisch in wat ze kunnen doen: Stel, beslissen of iemand aan de kleur blauw of rood denkt, of een drone op en neer of naar links laten bewegen en rechts. Ze missen nuance.
Dat is nu aan het veranderen, legt Miranda uit. “We beginnen toegang te krijgen tot goede hardware. Steeds beter wordt EEG-scanning eruit komen.”
Betere hardware voor het detecteren van hersengolven is echter slechts een deel van de puzzel. Stel je bij wijze van analogie voor dat je een buitengewoon nauwkeurige microfoon in het midden van een voetbalstadion hebt geplaatst. De microfoon is zo krachtig dat hij elk geluid van de duizenden fans in het stadion kan opvangen, of ze nu luid juichen of stilletjes een hotdog kauwen. Hoe indrukwekkend dit ook zou zijn, zonder de juiste audiofiltersoftware zou je niet meer kunnen doen dan luisteren naar een samengevoegde, vormeloze massa lawaai van het publiek. Op zichzelf zou zo'n microfoon je niet helpen om bijvoorbeeld te bepalen wat er wordt gezegd door de persoon op stoel 77A.
Wat je nodig hebt, is niet alleen het vermogen om dossier deze informatie, maar ook aan decoderen het en maak het bruikbaar. En snel. Dit is wat quantum computing zou kunnen doen door zijn superieure mogelijkheden te gebruiken om de onvoorstelbare hoeveelheid elektrische hersenimpulsen die nodig zijn om intenties en gedachten te begrijpen ze gebeuren.
"BCI heeft realtime controle nodig", vervolgde Miranda. "Ik denk dat kwantumcomputing de snelheid kan bieden die we nodig hebben om deze verwerking uit te voeren... [Op dit moment] kunnen we niet achterhalen wat al deze rommelige informatie die we met het EEG krijgen betekent. Als we zouden kunnen, zouden we kunnen beginnen met het classificeren van de signalen en het labelen van bepaalde gedragingen die we onszelf dwingen te vertonen.”
Misschien is het niet eens nodig om je in te spannen om dit gedrag te vertonen. Zoals Azeem Azhar schrijft in zijn boek uit 2021 Exponentieel, is de belofte van brein-computerinterfaces om "neurale activiteit uit ons hoofd te kunnen plukken nog voordat het in gedachte komt". Net zoals aanbevelingssystemen - zoals die van Spotify, Netflix en Amazon - ons willen laten zien wat we eerder willen consumeren we hebben zelfs voor onszelf besloten, dus ook BCI's zullen onze nauwelijks bewuste denkpatronen lezen en er nuttige informatie uit extrapoleren hen.
Dat kan het aansturen van een smart home zijn of een robot, de juiste contextuele informatie op het juiste moment opduiken, of een meer fijnmazige beweging geven aan een neuraal gestuurde prothese. In Miranda's huisdiergebruik, waar hij al jaren aan werkt, zou het kunnen mensen met het locked-in syndroom helpen beter snel kunnen communiceren met de buitenwereld.
De kwantum-metaverse?
Dan is er de mogelijkheid om de hersenen te gebruiken om te communiceren met een kwantumcomputer zelf, in plaats van deze alleen te gebruiken om de verwerking op te starten. "In de toekomst is het misschien mogelijk om kwantumtoestanden te beïnvloeden in een kwantummachine met mentale toestanden", zei Miranda. "Ik ga niet zo ver als te zeggen dat we onze hersenen kunnen verstrikken in kwantumcomputers, maar we zullen in staat zijn om een directere communicatie te hebben met kwantumtoestanden."
Dat kan het programmeren van een kwantumcomputer zijn, niet op de onhandige manier van de demonstratie, maar simpelweg door een gewenste output te bedenken en de machine direct de juiste code te laten programmeren. Stel je het voor als evolutionair computergebruik (waarbij je een gewenste output aangeeft en de machine het creatieve pad ernaartoe laat uitzoeken) op superpositiesteroïden.
Sommige onderzoekers van het project zijn ook enthousiast over het vooruitzicht van het creëren van wat zij een kwantum noemen omgekeerd. (En als je denkt dat de stroming concept van de reguliere metaverse is wazig aan de randen, probeer je hoofd om zijn kwantumequivalent te wikkelen!). Op de een of andere manier is het idee echter heel logisch. AI onderzoekers hebben lang gedacht - en dit ondersteunt echt het hele idee van echte kunstmatige intelligentie - dat de wetware van de hersenen zou kunnen worden nagebootst door middel van hardware en software. Sinds ten minste de jaren negentig hebben enkele vooraanstaande natuurkundigen en wiskundigen betoogd dat de aard van bewustzijn in feite kwantum is.
Bijvoorbeeld een 2011 papier co-auteur van de wereldberoemde wiskundige fysicus Roger Penrose uit Oxford stelt dat "bewustzijn afhangt van biologisch georkestreerde kwantum berekeningen in verzamelingen microtubuli in hersenneuronen, dat deze kwantumberekeningen correleren met neuronale activiteit en deze reguleren, en dat de continue Schrödinger-evolutie van elke kwantumberekening eindigt in overeenstemming met het specifieke Diósi-Penrose (DP) -schema van 'objectieve reductie' van de kwantumtoestand.”
"Er is veel filosofisch debat gaande dat zegt dat de hersenen functioneren als een kwantumcomputer", legt Miranda uit. "Mensen dromen dat het misschien mogelijk is dat als we erin slagen om onze hersenen te verbinden met een kwantummachine, dan worden wij een verlengstuk van de machine of wordt de machine een verlengstuk van onze brein."
(Miranda zei dat hij persoonlijk niet "helemaal overtuigd" is van het argument dat hersenen zich gedragen als kwantumcomputers.)
Stap één in een lange reis
Voor nu is veel hiervan ver weg - en ver weg. Op meerdere gebieden zal vooruitgang moeten worden geboekt: De beschikbaarheid van kwantumcomputers (de eerder beschreven demo is uitgevoerd het gebruik van een gesimuleerde kwantumcomputer), het nut van kwantumalgoritmen, voortdurende verbeteringen in hersenleestechnologie en nog veel meer meer.
De volgende stap, aldus projectdeelnemer Professor Enrique Solano, directeur van de onderzoeksgroep Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), is “te gaan voor een gevangen-ion [kwantum computer] of een gebaseerd op spinqubits, die bij kamertemperatuur werken en ervoor zorgen dat latentie- en coherentietijden worden verenigbaar."
Het zal moeilijk worden om deze doos van Pandora met door de hersenen bestuurde kwantumcomputing te openen. We hebben het over jaren voordat dit praktisch wordt voor meer dan alleen een paar veelbelovende demo's. Maar de grootste innovaties kosten vaak tijd.
"De hersenen zijn het meest complexe object dat we tot nu toe kennen in het universum", vertelde Solano aan Digital Trends. "In die zin moet je, als je het verbindt met een primitieve interface, een te vereenvoudigd model ervan accepteren met minimale biologische en intelligente functies."
Quantumcomputing kan de oplossing zijn voor dat probleem. Welkom bij het Quantum Brain Network, inderdaad.
Aanbevelingen van de redactie
- Een kijkje achter de schermen bij Lenovo's doel om de wereld te vullen met duurzamere computers
- Wetenschappers hebben zojuist een doorbraak bereikt in quantum computing
- Benieuwd naar de toekomst van Twitter? Zo ook het Britse parlement
- Onderzoekers creëren 'ontbrekend puzzelstukje' in ontwikkeling van kwantumcomputing
- Britse politie die wietplantage verwacht te arresteren, stuit in plaats daarvan op cryptocurrency-mijn
