Dentro do laboratório que conecta cérebros a computadores quânticos

Em uma sala da Universidade de Plymouth, no Reino Unido, um Ph. D. aluno está sentado em um computador, olhos fechados como se estivesse meditando. Em sua cabeça está o que parece ser uma touca de natação preta, mas na verdade é um leitor de eletroencefalograma (EEG) que detecta a atividade elétrica passando por seu couro cabeludo. À sua frente, no monitor, há a imagem de um globo em wireframe com dois pontos marcados como “1” e “0”. No centro do globo, como um relógio de ponteiro único, há uma flecha que oscila entre os dois pontos. À medida que o aluno muda sua expressão de relaxamento para agitação de olhos arregalados, a flecha se contrai e se move. A cada vários segundos, ele insere um novo dígito.

Pode não parecer muito (e agora, ainda é muito cedo para este trabalho), mas ainda assim é algo fascinante. À medida que o aluno muda seus padrões cerebrais de calmo para energizado e vice-versa, ele produz ondas alfa e beta que são usadas para manipular qubits simulados – a unidade elementar na computação quântica, refletindo a matemática da física quântica – usando nada mais do que o poder de pensamento.

“Se você se treinar para produzir esses dois tipos de ondas, poderá enviar algum tipo de código Morse para o computador,” professor Eduardo Miranda da Universidade de Plymouth disse ao Digital Trends. “O problema é que leva oito segundos para gerar um comando no momento porque o EEG é muito lento. Precisamos de muito processamento para analisá-lo. E essa análise não é tão precisa, então precisamos ficar checando várias vezes para ver se o código realmente é o que a pessoa quer produzir.”

Bem-vindo aos passos um tanto instáveis ​​e hesitantes do mundo da programação quântica por meio da interface cérebro-computador. Segundo seus criadores, é o início da construção do que a equipe chama de Quantum Brain Network (abreviado para QBraiN). E tem potencial para fazer um monte de coisas que valem a pena ficar empolgadas.

Mais do que a soma de suas partes ou uma torradeira-geladeira?

Se você já viu alguma lista das tecnologias mais empolgantes atualmente brilhando no horizonte tecnológico, é quase certo que se deparou com os termos interface cérebro-computador (BCI) e computador quântico.

Um BCI é uma terminologia sofisticada para uma maneira de controlar um computador usando sinais cerebrais. Embora todo dispositivo com entrada manual seja tecnicamente controlado pelo cérebro – embora geralmente por meio de um intermediário como dedos ou voz – um O BCI torna possível enviar esses comandos para o mundo exterior sem ter que primeiro enviar do cérebro para os nervos periféricos ou músculos.

Os computadores quânticos, por sua vez, representam o Próxima Grande Coisa na Computação. Proposta pela primeira vez na década de 1980, embora só agora comece a se tornar uma realidade técnica, a computação quântica refere-se a uma abordagem completamente nova da arquitetura de computadores. Não só será muito mais poderoso do que os computadores clássicos existentes, mas também tornará possível para alcançar coisas que seriam impossíveis mesmo com milhões de supercomputadores de hoje acorrentados junto. Eles poderiam, se você acreditar em seus proponentes, ser a resposta para o inevitável fim da Lei de Moore como a conhecemos.

No entanto, embora os BCIs e os computadores quânticos sejam, sem dúvida, tecnologias promissoras que surgiram no mesmo ponto da história, a questão é por que juntá-los – que é exatamente o que o um consórcio de pesquisadores da Universidade de Plymouth, no Reino Unido, da Universidade de Valência e da Universidade de Sevilha, na Espanha, da Kipu Quantum, da Alemanha, e da Universidade de Xangai, na China, estão buscando pendência.

Os tecnólogos adoram misturar conceitos ou tecnologias promissoras na crença de que, quando unidas, representarão mais do que a soma de suas partes. Às vezes isso funciona gloriosamente. Como o capitalista de risco Andrew Chen descreve em seu livro O problema da partida a frio, o Instagram alavancou o surgimento de smartphones equipados com câmeras e os poderosos efeitos de rede simultâneos da mídia social para se tornar um dos aplicativos de crescimento mais rápido da história.

Pegar duas tecnologias indispensáveis ​​e combiná-las nem sempre funciona. O CEO da Apple, Tim Cook, uma vez brincou que “você pode convergir uma torradeira e uma geladeira, mas, você sabe, essas coisas provavelmente não vão agradar ao usuário”.

Então, o que torna a computação quântica controlada pelo cérebro um exemplo do primeiro, um membro do clube mais-do-que-a-soma-de-partes, e não sintomático do problema da torradeira e da geladeira? Em um artigo publicado no início de 2022, o mencionado consórcio de pesquisadores escreve que: “Prevemos o desenvolvimento de redes altamente conectadas de dispositivos wetware e hardware, processando clássicos e sistemas de computação quântica, mediados por interfaces cérebro-computador e I.A. Tais redes envolverão sistemas de computação não convencionais e novas modalidades de interação homem-máquina. interação."

Casos de uso em abundância

A aplicação mais significativa – e, se funcionar, imediatamente transformadora – da Quantum Brain Network é que ela ajudará os BCIs a funcionar melhor. Nossos cérebros são incrivelmente complexos. Eles possuem 100 bilhões de neurônios, formando redes gigantes com quatrilhões de conexões em constante comunicação entre si por meio de minúsculos impulsos elétricos. Hoje, a ciência é capaz de registrar a maneira como as partes do cérebro se comunicam, desde a menor interação neurônio a neurônio até comunicações maiores entre redes de neurônios.

Mas fazer isso normalmente envolve tecnologia altamente especializada, como ressonância magnética funcional (fMRI), disponível apenas nos principais laboratórios de pesquisa. Os experimentos BCI que dependem do instrumento contundente do EEG tendem a ser comparativamente simplistas no que podem fazer: Digamos, decidindo se uma pessoa está pensando na cor azul ou vermelha, ou fazendo um drone se mover para cima e para baixo ou para a esquerda e certo. Eles carecem de nuances.

Isso agora está mudando, explicou Miranda. “Estamos começando a ter acesso a um bom hardware. Escaneamento EEG cada vez melhor é saindo.”

No entanto, um melhor hardware de detecção de ondas cerebrais é apenas uma peça do quebra-cabeça. Como analogia, imagine ter um microfone extraordinariamente preciso colocado no meio de um estádio de futebol. O microfone é tão poderoso que é capaz de captar todos os sons produzidos pelos milhares de torcedores no estádio, independentemente de estarem torcendo alto ou mastigando um cachorro-quente em silêncio. No entanto, por mais impressionante que isso seja, sem o software de filtragem de áudio certo, você seria incapaz de fazer mais do que ouvir uma massa agregada e disforme de ruído da multidão. Por si só, esse microfone não ajudaria você a determinar, por exemplo, o que está sendo dito pela pessoa no assento 77A.

O que você precisa não é apenas a capacidade de registro esta informação, mas também decodificar e torná-lo útil. E rapidamente. Isso é o que a computação quântica poderia fazer usando suas habilidades superiores para ajudar a processar melhor o quantidade inimaginável de impulsos elétricos cerebrais que são necessários para entender intenções e pensamentos como eles ocorrem.

“A BCI precisa de controle em tempo real”, continuou Miranda. “Acho que a computação quântica pode fornecer a velocidade de que precisamos para fazer esse processamento… [No momento] não podemos descobrir o que significa toda essa informação confusa que estamos obtendo com o EEG. Se pudéssemos, poderíamos começar a classificar os sinais e rotular certos comportamentos que nos forçamos a produzir”.

Talvez nem seja necessário se esforçar para produzir esses comportamentos. Como Azeem Azhar escreve em seu livro de 2021 Exponencial, a promessa das interfaces cérebro-computador é ser capaz de “arrancar a atividade neural de nossas cabeças antes mesmo que ela se transforme em pensamento”. Assim como os sistemas de recomendação – como os do Spotify, Netflix e Amazon – buscam nos mostrar o que queremos consumir antes decidimos por nós mesmos, os BCIs também lerão nossos padrões de pensamento quase inconscientes e extrapolarão informações úteis de eles.

Isso poderia estar controlando uma casa inteligente ou um robô, exibindo as informações contextuais corretas no momento certo ou fornecendo movimentos mais refinados para uma prótese controlada neuralmente. No caso de uso do animal de estimação de Miranda, no qual ele vem trabalhando há anos, poderia ajudar pessoas com síndrome do encarceramento para se comunicar melhor e rapidamente com o mundo exterior.

O metaverso quântico?

Depois, existe a possibilidade de usar o cérebro para interagir com um computador quântico em si, em vez de apenas usá-lo para iniciar o processamento. “No futuro, pode ser possível afetar estados quânticos em uma máquina quântica com estados mentais”, disse Miranda. “Não vou tão longe a ponto de dizer que seremos capazes de enredar nosso cérebro com computadores quânticos, mas seremos capazes de ter uma comunicação mais direta com estados quânticos.”

Isso poderia ser programar um computador quântico não da maneira desajeitada da demonstração, mas simplesmente pensando em uma saída desejada e deixando a máquina programar o código certo instantaneamente. Imagine-o como a computação evolutiva (onde você declara uma saída desejada e deixa a máquina descobrir o caminho criativo para ela) em esteróides de superposição.

Alguns dos pesquisadores do projeto também estão entusiasmados com a perspectiva de criar o que chamam de quântica. metaverso. (E se você acha que o atual conceito do metaverso regular é confuso nas bordas, tente entender seu equivalente quântico!). De alguma forma, porém, a ideia faz muito sentido. A.I. os pesquisadores há muito imaginam – e, realmente, isso sustenta toda a noção de verdadeira inteligência artificial – que o wetware do cérebro poderia ser recriado por meio de hardware e software. Desde pelo menos a década de 1990, alguns dos principais físicos e matemáticos têm argumentado que a natureza da consciência é, de fato, quântica.

Por exemplo, um jornal de 2011 co-autoria do mundialmente renomado físico matemático de Oxford, Roger Penrose, argumenta que “a consciência depende de mecanismos quânticos biologicamente orquestrados”. computações em coleções de microtúbulos dentro de neurônios cerebrais, que essas computações quânticas se correlacionam e regulam a atividade neuronal, e que o A evolução contínua de Schrödinger de cada computação quântica termina de acordo com o esquema específico de Diósi-Penrose (DP) de "redução objetiva" do estado quântico”.

“Há muitos debates filosóficos dizendo que o cérebro funciona como um computador quântico”, explicou Miranda. “As pessoas estão sonhando que talvez seja possível que, se conseguíssemos conectar nossos cérebros com um máquina quântica, então nos tornamos uma extensão da máquina ou a máquina se torna uma extensão de nossa cérebro."

(Miranda disse que pessoalmente não está “inteiramente convencido” pelo argumento de que os cérebros agem como computadores quânticos.)

Primeiro passo em uma longa jornada

Por enquanto, muito disso está distante – e distante. Avanços precisarão ser feitos em várias áreas: A disponibilidade de computadores quânticos (a demonstração descrita anteriormente foi realizada usando um computador quântico simulado), a utilidade dos algoritmos quânticos, melhorias contínuas na tecnologia de leitura cerebral e muito mais.

O próximo passo, disse o participante do projeto professor Enrique Solano, diretor do grupo de pesquisa Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), é “ir atrás de um íon preso [quantum computer] ou baseado em spin qubits, que funcionam em temperatura ambiente, e garantem que os tempos de latência e coerência se tornem compatível."

Abrir esta caixa de Pandora da computação quântica controlada pelo cérebro será difícil. Estamos falando de anos antes que isso se torne prático para mais do que apenas algumas demonstrações promissoras. Mas as maiores inovações geralmente levam tempo.

“O cérebro é o objeto mais complexo que conhecemos até agora no universo”, disse Solano ao Digital Trends. “Nesse sentido, se você conectá-lo a uma interface primitiva, terá que aceitar um modelo supersimplificado com recursos biológicos e inteligentes mínimos”.

A computação quântica pode ser a solução para esse problema. Bem-vindo à Rede do Cérebro Quântico, de fato.

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