În interiorul laboratorului care conectează creierul la computerele cuantice

Într-o cameră de la Universitatea din Plymouth din Regatul Unit, un doctorat. studentul stă la computer, cu ochii închiși de parcă ar medita. Pe capul lui se află ceea ce arată ca o cască neagră de înot, dar este de fapt un cititor de electroencefalogramă (EEG) care simte activitatea electrică care trece peste scalpul său. În fața lui, pe monitor, există o imagine a unui glob cu cadru fir cu două puncte marcate cu „1” și „0”. În centrul globului, ca un ceas cu o singură mână, se află o săgeată care oscilează între cele două puncte. Pe măsură ce studentul își schimbă expresia de la una de relaxare la una de agitație cu ochii mari, săgeata se zvâcnește și se mișcă. La fiecare câteva secunde, el introduce o nouă cifră.

S-ar putea să nu arate prea mult (și în acest moment, este încă foarte devreme pentru această lucrare), dar este totuși lucruri fascinante. Pe măsură ce elevul își schimbă tiparele creierului de la calm la energizat și înapoi, el produce unde alfa și beta care sunt apoi folosite pentru manipulați qubiții simulați - unitatea elementară în calculul cuantic, care reflectă matematica fizicii cuantice - folosind nimic mai mult decât puterea de gândire.

„Dacă te antrenezi să produci aceste două tipuri de valuri, atunci poți trimite un fel de cod Morse la computer.” profesorul Eduardo Miranda de la Universitatea din Plymouth a declarat pentru Digital Trends. „Problema este că este nevoie de opt secunde pentru a genera o comandă în acest moment, deoarece EEG este foarte lent. Avem nevoie de multă procesare pentru a-l analiza. Și această analiză nu este atât de precisă, așa că trebuie să continuăm să verificăm de multe ori pentru a vedea dacă codul este într-adevăr ceea ce persoana dorește să producă.”

Bine ați venit la pașii oarecum șocante și tentativi ai lumii programării cuantice prin interfața creier-calculator. Potrivit creatorilor săi, este începutul construcției a ceea ce echipa numește Quantum Brain Network (abreviat în QBraiN). Și are potențialul de a face o grămadă de lucruri de care merită să fii entuziasmat.

Mai mult decât suma părților sale sau un prăjitor de pâine-frigider?

Dacă ați văzut vreo listă cu cele mai interesante tehnologii care strălucește în prezent pe orizontul tehnologiei, aproape sigur că ați întâlnit termenii interfață creier-calculator (BCI) și computer cuantic.

Un BCI este o terminologie elegantă pentru o modalitate de a controla un computer folosind semnale ale creierului. În timp ce fiecare dispozitiv cu o intrare manuală este controlat din punct de vedere tehnic de creier – deși de obicei printr-un intermediar precum degetele sau vocea – un BCI face posibilă trimiterea acestor comenzi către lumea exterioară fără a fi nevoie mai întâi de o ieșire din creier către nervii periferici sau muşchii.

Calculatoarele cuantice, între timp, reprezintă Următorul lucru important în calcul. Propus pentru prima dată în anii 1980, deși abia acum începe să devină o realitate tehnică, calculul cuantic se referă la o abordare complet nouă a arhitecturii computerelor. Nu numai că va fi mult mai puternic decât calculatoarele clasice existente, dar va face și posibil pentru a realiza lucruri care ar fi imposibile chiar și cu milioane de supercalculatoare de astăzi înlănțuite împreună. Ei ar putea, dacă credeți susținătorii lor, să fie răspunsul la inevitabil sfârșitul Legii lui Moore așa cum o știm noi.

Cu toate acestea, în timp ce BCI-urile și calculatoarele cuantice sunt, fără îndoială, tehnologii promițătoare care apar în același moment al istoriei, întrebarea este de ce să le aducă împreună - care este exact ceea ce un consorțiu de cercetători de la Universitatea din Plymouth din Marea Britanie, Universitatea din Valencia și Universitatea din Sevilla din Spania, Kipu Quantum din Germania și Universitatea din Shanghai din China caută a face.

Tehnologii nu iubesc nimic mai mult decât să amestece concepte sau tehnologii promițătoare, cu convingerea că, atunci când sunt uniți, vor reprezenta mai mult decât suma părților lor. Uneori, acest lucru funcționează glorios. După cum descrie capitalistul de risc Andrew Chen în cartea sa Problema pornirii la rece, Instagram a profitat de apariția smartphone-urilor echipate cu cameră și de efectele puternice simultane de rețea ale rețelelor sociale pentru a deveni una dintre aplicațiile cu cea mai rapidă creștere din istorie.

Cu toate acestea, luarea a două tehnologii obligatorii și combinarea lor nu funcționează întotdeauna. CEO-ul Apple, Tim Cook, a glumit odată că „puteți combina un prăjitor de pâine și un frigider, dar, știți, probabil că acele lucruri nu vor fi plăcute utilizatorului”.

Deci, ce face ca calculul cuantic controlat de creier să fie un exemplu al celui dintâi, un membru al clubului mai mult decât suma părților sale și să nu fie simptomatic al problemei prăjitorului de pâine-frigider? Într-o lucrare publicată la începutul anului 2022, consorțiul de cercetători menționat mai sus scrie că: „Prevăzăm dezvoltarea unor rețele foarte conectate de dispozitive wetware și hardware, procesând clasice și sisteme de calcul cuantic, mediate de interfețe creier-calculator și A.I. Astfel de rețele vor implica sisteme de calcul neconvenționale și noi modalități de om-mașină interacţiune."

Cazuri de utilizare din belșug

Cea mai semnificativă – și, dacă funcționează, imediat transformatoare – aplicație a rețelei Quantum Brain este că va ajuta BCI-urile să funcționeze mai bine. Creierul nostru este incredibil de complex. Ei se laudă cu 100 de miliarde de neuroni, formând rețele gigantice cu cvadrilioane de conexiuni în comunicare constantă între ele prin mici impulsuri electrice. Astăzi, știința este capabilă să înregistreze modul în care părți ale creierului comunică, de la cea mai mică interacțiune neuron-la-neuron până la comunicații mai mari între rețelele de neuroni.

Dar acest lucru implică de obicei tehnologie înalt specializată, cum ar fi imagistica prin rezonanță magnetică funcțională (fMRI), care este disponibilă numai în laboratoarele de cercetare de top. Experimentele BCI care se bazează pe instrumentul contondent al EEG tind să fie relativ simpliste în ceea ce pot face: Să spunem, să decizi dacă o persoană se gândește la culoarea albastră sau roșie, sau făcând o dronă să se miște în sus și în jos sau la stânga și dreapta. Le lipsește nuanța.

Asta se schimbă acum, a explicat Miranda. „Începem să avem acces la hardware bun. Scanarea EEG este din ce în ce mai bună ieşind.”

Totuși, un hardware mai bun pentru detectarea undelor cerebrale este doar o piesă a puzzle-ului. Ca analogie, imaginați-vă că aveți un microfon extraordinar de precis plasat în mijlocul unui stadion de fotbal. Microfonul este atât de puternic încât este capabil să capteze fiecare sunet emis de miile de fani de pe stadion, indiferent dacă aceștia aplaudă cu voce tare sau ronțăie în liniște un hotdog. Cu toate acestea, oricât de impresionant ar fi, fără software-ul potrivit de filtrare audio, nu ai putea face mai mult decât să asculți o masă de zgomot de mulțime cumulat și informe. Pe cont propriu, un astfel de microfon nu v-ar ajuta să determinați, de exemplu, ce spune persoana de pe scaunul 77A.

Ceea ce ai nevoie nu este doar capacitatea de a record aceste informații, dar și să decodifica o face utilă. Și repede. Acesta este ceea ce ar putea face calculul cuantic folosind abilitățile sale superioare pentru a ajuta la o mai bună procesare a cantitate inimaginabilă de impulsuri electrice ale creierului care sunt necesare pentru a înțelege intențiile și gândurile ca ele apar.

„BCI are nevoie de control în timp real”, a continuat Miranda. „Cred că calculul cuantic poate oferi viteza de care avem nevoie pentru a face această procesare... [În acest moment] nu ne putem da seama ce înseamnă toate aceste informații dezordonate pe care le primim cu EEG. Dacă am putea, atunci am putea începe să clasificăm semnalele și să etichetăm anumite comportamente pe care ne obligăm să le producem.”

Poate că efortul pentru a produce aceste comportamente nici nu ar fi necesar. După cum scrie Azeem Azhar în cartea sa din 2021 Exponenţial, promisiunea interfețelor creier-calculator este de a putea „smulge activitatea neuronală din capul nostru chiar înainte de a se transforma în gând”. La fel ca sistemele de recomandare – precum cele folosite de Spotify, Netflix și Amazon – încearcă să ne arate ce vrem să consumăm înainte chiar am decis pentru noi înșine, așa că și BCI-urile vor citi tiparele noastre de gândire abia conștiente și vor extrapola informații utile din lor.

Ar putea fi controlul unei case inteligente sau un robot, afișând informațiile contextuale potrivite la momentul potrivit sau oferind o mișcare mai fină unei proteze controlate de neuroni. În cazul de utilizare al animalelor de companie al Mirandei, unul la care lucrează de ani de zile, s-ar putea ajuta persoanele cu sindromul blocat pentru a comunica mai rapid cu lumea exterioară.

Metaversul cuantic?

Apoi, există posibilitatea de a folosi creierul pentru a interacționa cu un computer cuantic în sine, mai degrabă decât să îl folosiți doar pentru a porni procesarea. „În viitor, ar putea fi posibilă afectarea stărilor cuantice într-o mașină cuantică cu stări mentale”, a spus Miranda. „Nu voi ajunge până la a spune că vom putea să ne încurcăm creierul cu computerele cuantice, dar vom putea avea o comunicare mai directă cu stările cuantice.”

Aceasta ar putea fi programarea unui computer cuantic nu în modul neplăcut al demonstrației, ci pur și simplu prin gândirea la o ieșire dorită și lăsând mașina să programeze codul corect instantaneu. Imaginează-l ca la calculul evolutiv (unde stabiliți o ieșire dorită și lăsați mașina să descopere calea creativă către aceasta) pe steroizi de suprapunere.

Unii dintre cercetătorii din proiect sunt, de asemenea, încântați de perspectiva de a crea ceea ce ei numesc un cuantic metavers. (Și dacă te gândești la curent conceptul de metavers regulat este neclar în jurul marginilor, încercați să vă înfășurați capul în jurul echivalentului său cuantic!). Cumva, totuși, ideea are mult sens. A.I. cercetătorii și-au imaginat de mult timp – și, într-adevăr, aceasta stă la baza întregii noțiuni de inteligență artificială adevărată – că wetware-ul creierului ar putea fi recreat prin hardware și software. Cel puțin din anii 1990, unii fizicieni și matematicieni de seamă au susținut că natura conștiinței este, de fapt, cuantică.

De exemplu, a lucrare 2011 în colaborare cu fizicianul matematician de renume mondial de la Oxford, Roger Penrose, susține că „conștiința depinde de cuantică orchestrată biologic. calcule în colecții de microtubuli din neuronii creierului, că aceste calcule cuantice se corelează cu și reglează activitatea neuronală și că evoluția Schrödinger continuă a fiecărui calcul cuantic se termină în conformitate cu schema specifică Diósi-Penrose (DP) de „reducere obiectivă” a stare cuantică.”

„Există o mulțime de dezbateri filozofice care spun că creierul funcționează ca un computer cuantic”, a explicat Miranda. „Oamenii visează că, poate, este posibil ca dacă am reuși să ne conectăm creierul cu o mașină cuantică, atunci devenim o extensie a mașinii sau mașina devine o extensie a mașinii noastre creier."

(Miranda a spus că el personal nu este „pe deplin convins” de argumentul că creierul acționează ca niște calculatoare cuantice.)

Primul pas într-o călătorie lungă

Deocamdată, multe dintre acestea sunt departe – și departe. Va trebui făcute progrese în mai multe domenii: Disponibilitatea calculatoarelor cuantice (demo-ul descris mai devreme a fost realizat folosind un computer cuantic simulat), utilitatea algoritmilor cuantici, îmbunătățirile continue ale tehnologiei de citire a creierului și multe Mai mult.

Următorul pas, a spus participantul la proiect profesorul Enrique Solano, director al grupului de cercetare Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), este „să opteze pentru un ion captat [cuantic computer] sau unul bazat pe qubiți de spin, care funcționează la temperatura camerei și asigură că timpii de latență și coerență devin compatibil."

Deschiderea acestei Cutii Pandorei de calcul cuantic controlat de creier va fi dificilă. Vorbim despre ani înainte ca acest lucru să devină practic pentru mai mult decât doar câteva demonstrații promițătoare. Dar cele mai mari inovații necesită adesea timp.

„Creierul este cel mai complex obiect pe care îl cunoaștem până acum în univers”, a spus Solano pentru Digital Trends. „În acest sens, dacă îl conectați la o interfață primitivă, trebuie să acceptați un model suprasimplificat al acesteia, cu caracteristici biologice și inteligente minime.”

Calculul cuantic poate fi soluția acestei probleme. Bun venit în rețeaua Quantum Brain Network, într-adevăr.

Recomandările editorilor

• O privire interioară asupra obiectivului Lenovo de a umple lumea cu computere mai durabile
• Oamenii de știință tocmai au realizat o descoperire în calculul cuantic
• Ești curios despre viitorul Twitter? La fel și parlamentul britanic
• Cercetătorii creează „piesa de puzzle lipsă” în dezvoltarea calculului cuantic
• Poliția din Marea Britanie, care se așteaptă să spargă o fermă de ghiveci, s-a împiedicat în schimb de mina de criptomonede