Wewnątrz laboratorium, które łączy mózgi z komputerami kwantowymi

W pokoju na Uniwersytecie w Plymouth w Wielkiej Brytanii doktorantka uczeń siedzi przy komputerze z zamkniętymi oczami, jakby medytował. Na głowie ma coś, co wygląda jak czarny czepek pływacki, ale w rzeczywistości jest czytnikiem elektroencefalogramu (EEG), który wykrywa aktywność elektryczną przechodzącą przez jego skórę głowy. Przed nim na monitorze widnieje obraz kuli ziemskiej w formie szkieletowej z dwoma punktami oznaczonymi „1” i „0”. Pośrodku kuli ziemskiej, jak zegar z jedną wskazówką, znajduje się strzałka, która oscyluje między nimi zwrotnica. Kiedy uczeń zmienia wyraz twarzy ze zrelaksowanego na podekscytowany, strzała drga i porusza się. Co kilka sekund wprowadza nową cyfrę.

To może nie wyglądać zbyt dobrze (a teraz jest jeszcze bardzo wcześnie na tę pracę), ale mimo to jest to fascynująca rzecz. Gdy uczeń zmienia swoje wzorce mózgowe ze spokojnego na pobudzony iz powrotem, wytwarza fale alfa i beta, które są następnie wykorzystywane do manipulować symulowanymi kubitami – podstawową jednostką w obliczeniach kwantowych, odzwierciedlającą matematykę fizyki kwantowej – używając jedynie mocy myśli.

„Jeśli nauczysz się wytwarzać te dwa rodzaje fal, możesz wysłać do komputera jakiś kod Morse'a” profesor Eduardo Miranda z University of Plymouth powiedział Digital Trends. „Problem polega na tym, że w tej chwili wygenerowanie jednego polecenia zajmuje osiem sekund, ponieważ EEG jest bardzo wolny. Potrzebujemy dużo przetwarzania, aby to przeanalizować. A ta analiza nie jest tak dokładna, więc musimy wiele razy sprawdzać, czy kod naprawdę jest tym, co dana osoba chce stworzyć”.

Witamy na nieco chwiejnych, niepewnych krokach świata programowania kwantowego za pomocą interfejsu mózg-komputer. Według jego twórców jest to początek budowy tego, co zespół nazywa Quantum Brain Network (w skrócie QBraiN). I ma potencjał robienia wielu rzeczy, którymi warto się ekscytować.

Więcej niż suma części czy toster-lodówka?

Jeśli widziałeś jakąkolwiek listę najbardziej ekscytujących technologii, które obecnie pojawiają się na horyzoncie technologicznym, prawie na pewno spotkałeś się z terminami interfejs mózg-komputer (BCI) i komputer kwantowy.

BCI to fantazyjna terminologia określająca sposób kontrolowania komputera za pomocą sygnałów mózgowych. Podczas gdy każde urządzenie z ręcznym wprowadzaniem danych jest technicznie kontrolowane przez mózg – choć zwykle za pośrednictwem pośrednika, takiego jak palce lub głos – BCI umożliwia wysyłanie tych poleceń do świata zewnętrznego bez konieczności uprzedniego wyjścia z mózgu do nerwów obwodowych lub mięśnie.

Tymczasem komputery kwantowe reprezentują Następna wielka rzecz w informatyce. Obliczenia kwantowe, zaproponowane po raz pierwszy w latach 80., choć dopiero teraz stają się techniczną rzeczywistością, odnoszą się do zupełnie nowego podejścia do architektury komputerów. Będzie nie tylko znacznie potężniejszy niż istniejące klasyczne komputery, ale także umożliwi to osiągnąć rzeczy, które byłyby niemożliwe nawet przy milionach dzisiejszych superkomputerów razem. Mogą, jeśli wierzyć ich zwolennikom, być odpowiedzią na nieuniknione koniec Prawa Moore'a, jakie znamy.

Jednakże, podczas gdy BCI i komputery kwantowe są niewątpliwie obiecującymi technologiami pojawiającymi się w tym samym momencie historii, pytanie brzmi, po co je łączyć – co jest dokładnie tym, czego konsorcjum naukowców z brytyjskiego Uniwersytetu w Plymouth, hiszpańskiego Uniwersytetu w Walencji i Sewilli, niemieckiego Kipu Quantum i chińskiego Uniwersytetu w Szanghaju poszukuje do zrobienia.

Technolodzy nie kochają niczego bardziej niż mieszania razem obiecujących koncepcji lub technologii w przekonaniu, że po zjednoczeniu będą reprezentować coś więcej niż sumę swoich części. Czasami działa to wspaniale. Jak opisuje inwestor venture capital Andrew Chen w swojej książce Problem zimnego rozruchu, Instagram wykorzystał pojawienie się smartfonów wyposażonych w aparaty fotograficzne i jednoczesne potężne efekty sieciowe mediów społecznościowych, aby stać się jedną z najszybciej rozwijających się aplikacji w historii.

Jednak połączenie dwóch niezbędnych technologii i ich połączenie nie zawsze działa. Dyrektor generalny Apple, Tim Cook, zażartował kiedyś, że „można połączyć toster i lodówkę, ale wiesz, te rzeczy prawdopodobnie nie będą przyjemne dla użytkownika”.

Co więc sprawia, że ​​komputery kwantowe kontrolowane przez mózg są przykładem tego pierwszego, członkiem klubu więcej niż suma jego części, a nie symptomem problemu z tosterem? W artykuł opublikowany na początku 2022 rwspomniane konsorcjum naukowców pisze, że: „Przewidujemy rozwój silnie połączonych sieci urządzeń typu wetware i hardware, przetwarzających klasyczne i kwantowe systemy obliczeniowe, w których pośredniczą interfejsy mózg-komputer i sztuczna inteligencja Takie sieci będą obejmować niekonwencjonalne systemy obliczeniowe i nowe modalności człowiek-maszyna interakcja."

Mnóstwo przypadków użycia

Najbardziej znaczącym – i, jeśli to zadziała, natychmiast transformującym – zastosowaniem Quantum Brain Network jest to, że pomoże BCI działać lepiej. Nasze mózgi są niezwykle złożone. Mają 100 miliardów neuronów, tworzących gigantyczne sieci z kwadrylionami połączeń w ciągłej komunikacji ze sobą za pomocą maleńkich impulsów elektrycznych. Dzisiaj nauka jest w stanie rejestrować sposób, w jaki części mózgu komunikują się, od najmniejszej interakcji neuron-neuron do większej komunikacji między sieciami neuronowymi.

Ale robienie tego zazwyczaj wymagało wysoce wyspecjalizowanej technologii, takiej jak funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI), który jest dostępny tylko w najlepszych laboratoriach badawczych. Eksperymenty BCI, które opierają się na tępym instrumencie EEG, wydają się być stosunkowo uproszczone w tym, co mogą zrobić: Powiedzmy, decydując, czy dana osoba myśli o kolorze niebieskim, czy czerwonym, albo porusza dronem w górę iw dół lub w lewo i Prawidłowy. Brakuje im niuansów.

To się teraz zmienia, wyjaśniła Miranda. „Zaczynamy mieć dostęp do dobrego sprzętu. Coraz lepsze jest skanowanie EEG wychodzić.”

Lepszy sprzęt do wykrywania fal mózgowych to jednak tylko jeden element układanki. Jako analogię wyobraź sobie niezwykle dokładny mikrofon umieszczony na środku stadionu piłkarskiego. Mikrofon jest tak potężny, że jest w stanie wychwycić każdy dźwięk wydawany przez tysiące fanów na stadionie, niezależnie od tego, czy kibicują głośno, czy cicho przeżuwają hot doga. Jednak niezależnie od tego, jak imponujące byłoby to, bez odpowiedniego oprogramowania do filtrowania dźwięku, nie byłbyś w stanie zrobić więcej niż słuchać zagregowanej, bezkształtnej masy hałasu tłumu. Taki mikrofon sam w sobie nie pomógłby w ustaleniu, na przykład, co mówi osoba siedząca na miejscu 77A.

To, czego potrzebujesz, to nie tylko umiejętność nagrywać te informacje, ale także do rozszyfrować go i uczynić użytecznym. I szybko. To właśnie może zrobić komputer kwantowy, wykorzystując swoje doskonałe zdolności do lepszego przetwarzania niewyobrażalną ilość elektrycznych impulsów mózgowych potrzebnych do zrozumienia intencji i myśli jako występują one.

„BCI wymaga kontroli w czasie rzeczywistym” — kontynuowała Miranda. „Myślę, że obliczenia kwantowe mogą zapewnić szybkość, której potrzebujemy do wykonania tego przetwarzania… [W tej chwili] nie możemy zrozumieć, co oznaczają te wszystkie niechlujne informacje, które otrzymujemy za pomocą EEG. Gdybyśmy mogli, moglibyśmy zacząć klasyfikować sygnały i etykietować pewne zachowania, do których produkcji się zmuszamy”.

Być może wysiłek w celu wytworzenia tych zachowań nie byłby nawet konieczny. Jak pisze Azeem Azhar w swojej książce z 2021 roku Wykładniczy, obietnicą interfejsów mózg-komputer jest możliwość „wyciągania aktywności neuronowej z naszych głów, zanim jeszcze przekształci się ona w myśl”. Podobnie jak systemy rekomendacyjne – takie jak te stosowane przez Spotify, Netflix czy Amazon – starają się pokazać nam, co chcemy wcześniej konsumować zdecydowaliśmy nawet sami, więc BCI również odczytają nasze ledwie świadome wzorce myślowe i ekstrapolują przydatne informacje z ich.

Może to być sterowanie inteligentnym domem lub robota, wyświetlając odpowiednie informacje kontekstowe we właściwym momencie lub zapewniając bardziej precyzyjny ruch sterowanej neuronowo protezie. W przypadku użycia zwierzaka przez Mirandę, nad którym pracuje od lat, może pomóc osobom z syndromem zamknięcia aby lepiej i szybko komunikować się ze światem zewnętrznym.

Metawszechświat kwantowy?

Następnie istnieje możliwość wykorzystania mózgu do interakcji z samym komputerem kwantowym, zamiast używania go tylko do przetwarzania początkowego. „W przyszłości może być możliwe wpływanie na stany kwantowe w maszynie kwantowej za pomocą stanów mentalnych” – powiedziała Miranda. „Nie posunę się tak daleko, aby powiedzieć, że będziemy w stanie zaplątać nasz mózg w komputery kwantowe, ale będziemy mogli mieć bardziej bezpośrednią komunikację ze stanami kwantowymi”.

Mogłoby to oznaczać programowanie komputera kwantowego nie w niezdarny sposób, jak w demonstracji, ale po prostu przez wymyślenie pożądanego wyjścia i pozwolenie maszynie na natychmiastowe zaprogramowanie właściwego kodu. Wyobraź to sobie jako przetwarzanie ewolucyjne (w którym określasz żądany wynik i pozwalasz maszynie wymyślić kreatywną ścieżkę do niego) na sterydach superpozycji.

Niektórzy badacze biorący udział w projekcie są również podekscytowani perspektywą stworzenia czegoś, co nazywają kwantami metawszechświat. (A jeśli myślisz, że prąd koncepcja regularnego metaverse jest rozmyty na brzegach, spróbuj owinąć głowę wokół jego kwantowego odpowiednika!). W jakiś sposób pomysł ma jednak duży sens. sztuczna inteligencja naukowcy od dawna wyobrażali sobie – i tak naprawdę to leży u podstaw całego pojęcia prawdziwej sztucznej inteligencji – że mokry mózg można odtworzyć za pomocą sprzętu i oprogramowania. Co najmniej od lat 90. niektórzy czołowi fizycy i matematycy argumentowali, że natura świadomości jest w rzeczywistości kwantowa.

na przykład papier z 2011 r którego współautorem jest światowej sławy fizyk matematyczny z Oksfordu, Roger Penrose, twierdzi, że „świadomość zależy od biologicznie zorganizowanej obliczenia w zbiorach mikrotubul w neuronach mózgowych, że te obliczenia kwantowe korelują i regulują aktywność neuronów oraz że ciągła ewolucja Schrödingera każdego obliczenia kwantowego kończy się zgodnie ze specyficznym schematem Diósiego-Penrose'a (DP) „obiektywnej redukcji” stan kwantowy”.

„Toczy się wiele filozoficznych debat mówiących, że mózg funkcjonuje jak komputer kwantowy” — wyjaśniła Miranda. „Ludzie śnią, że być może jest możliwe, że gdybyśmy zdołali połączyć nasze mózgi z maszyną kwantową, wtedy stajemy się przedłużeniem maszyny lub maszyna staje się przedłużeniem naszego mózg."

(Miranda powiedział, że nie jest osobiście „całkowicie przekonany” do argumentu, że mózgi działają jak komputery kwantowe).

Krok pierwszy w długiej podróży

Na razie wiele z tego jest odległych – i dalekich. Konieczne będą postępy w wielu obszarach: Dostępność komputerów kwantowych (przeprowadzono opisaną wcześniej demonstrację za pomocą symulowanego komputera kwantowego), przydatności algorytmów kwantowych, ciągłych ulepszeń technologii czytania w mózgu i wielu innych więcej.

Następny krok, powiedział uczestnik projektu profesora Enrique Solano, dyrektor grupy badawczej Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), ma „pójść w kierunku uwięzionego jonu [kwantowego komputer] lub oparty na kubitach spinowych, które działają w temperaturze pokojowej i zapewniają, że czasy latencji i koherencji stają się zgodny."

Otwarcie tej puszki Pandory z komputerami kwantowymi kontrolowanymi przez mózg będzie trudne. Mówimy o latach, zanim stanie się to praktyczne w przypadku więcej niż kilku obiecujących wersji demonstracyjnych. Ale największe innowacje często wymagają czasu.

„Mózg jest najbardziej złożonym obiektem we wszechświecie, jaki znamy do tej pory” – powiedział Solano Digital Trends. „W tym sensie, jeśli połączysz go z prymitywnym interfejsem, musisz zaakceptować jego uproszczony model z minimalnymi cechami biologicznymi i inteligentnymi”.

Rozwiązaniem tego problemu mogą być komputery kwantowe. Witamy w Quantum Brain Network, rzeczywiście.

Zalecenia redaktorów

• Spojrzenie od środka na cel Lenovo, jakim jest zapełnienie świata bardziej zrównoważonymi komputerami
• Naukowcy właśnie dokonali przełomu w obliczeniach kwantowych
• Ciekawi Cię przyszłość Twittera? Podobnie parlament Wielkiej Brytanii
• Naukowcy tworzą „brakujący element układanki” w rozwoju komputerów kwantowych
• Brytyjska policja, która spodziewa się rozbić farmę trawki, trafia zamiast tego na kopalnię kryptowalut