Внутри лаборатории, которая соединяет мозг с квантовыми компьютерами

В комнате Плимутского университета Соединенного Королевства доктор философии. Студент сидит за компьютером с закрытыми глазами, как будто медитирует. На его голове что-то похожее на черную плавательную шапочку, но на самом деле это устройство для чтения электроэнцефалограммы (ЭЭГ), которое улавливает электрическую активность, проходящую по его черепу. Перед ним на мониторе изображение каркасного земного шара с двумя точками, отмеченными «1» и «0». В центре земного шара, как часы с одной стрелкой, находится стрелка, которая колеблется между двумя точки. Когда ученик меняет выражение лица с расслабленного на взволнованное, стрела дергается и движется. Каждые несколько секунд он вводит новую цифру.

Это может показаться не таким уж большим (и прямо сейчас это еще очень рано для этой работы), но, тем не менее, это увлекательная вещь. По мере того как учащийся меняет свой мозговой паттерн со спокойного на энергичный и обратно, он производит альфа- и бета-волны, которые затем используются для манипулировать смоделированными кубитами — элементарной единицей в квантовых вычислениях, отражающей математику квантовой физики — используя только мощность мысли.

«Если вы научитесь производить эти два вида волн, то сможете послать компьютеру что-то вроде азбуки Морзе», профессор Эдуардо Миранда сказал Digital Trends из Университета Плимута. «Проблема в том, что для генерации одной команды в данный момент требуется восемь секунд, потому что ЭЭГ очень медленная. Нам нужно много обработки, чтобы проанализировать это. И этот анализ не так точен, поэтому нам нужно много раз проверять, действительно ли код соответствует тому, что человек хочет создать».

Добро пожаловать в несколько шаткие, неуверенные шаги мира квантового программирования посредством интерфейса мозг-компьютер. По словам его создателей, это начало строительства того, что команда называет Quantum Brain Network (сокращенно QBraiN). И у него есть потенциал, чтобы сделать кучу вещей, которыми стоит восхищаться.

Больше, чем сумма его частей или тостер-холодильник?

Если вы видели какой-либо список самых захватывающих технологий, которые в настоящее время мерцают на технологическом горизонте, вы почти наверняка сталкивались с терминами интерфейс мозг-компьютер (BCI) и квантовый компьютер.

BCI — это причудливая терминология для способа управления компьютером с помощью сигналов мозга. В то время как каждое устройство с ручным вводом технически контролируется мозгом — хотя обычно через посредника, такого как пальцы или голос — BCI позволяет отправлять эти команды во внешний мир без необходимости предварительного вывода из мозга на периферические нервы или мышцы.

Между тем квантовые компьютеры представляют собой Следующее большое достижение в вычислительной технике. Квантовые вычисления, впервые предложенные в 1980-х годах и только сейчас ставшие технической реальностью, относятся к совершенно новому подходу к компьютерной архитектуре. Он будет не только намного мощнее существующих классических компьютеров, но и позволит достичь вещей, которые были бы невозможны даже с миллионами современных суперкомпьютеров, объединенных в цепочку вместе. Они могли бы, если верить их сторонникам, стать ответом на неизбежное конец закона Мура, каким мы его знаем.

Однако, хотя НКИ и квантовые компьютеры, несомненно, являются многообещающими технологиями, появившимися в один и тот же исторический момент, вопрос заключается в том, зачем их объединять, а именно в том, что консорциум исследователей из Плимутского университета Великобритании, Университета Валенсии и Университета Севильи в Испании, Kipu Quantum в Германии и Шанхайского университета в Китае ищут делать.

Технологи больше всего любят смешивать многообещающие концепции или технологии, полагая, что, объединившись, они будут представлять собой нечто большее, чем просто сумму своих частей. Иногда это работает великолепно. Как описывает в своей книге венчурный капиталист Эндрю Чен Проблема холодного запуска, Instagram воспользовался появлением смартфонов с камерами и одновременным мощным сетевым эффектом социальных сетей, чтобы стать одним из самых быстрорастущих приложений в истории.

Однако взять две обязательные технологии и объединить их не всегда получается. Генеральный директор Apple Тим Кук однажды пошутил, что «можно объединить тостер и холодильник, но, знаете ли, эти вещи, вероятно, не понравятся пользователю».

Так что же делает управляемые мозгом квантовые вычисления примером первого, членом клуба «больше, чем сумма его частей», а не симптомом проблемы тостера и холодильника? В статья опубликована в начале 2022 г., вышеупомянутый консорциум исследователей пишет, что: «Мы предвидим развитие высокосвязанных сетей программных и аппаратных устройств, обрабатывающих классические и системы квантовых вычислений, опосредованные интерфейсами мозг-компьютер и ИИ. Такие сети будут включать нетрадиционные вычислительные системы и новые способы взаимодействия человека и машины. взаимодействие."

Множество вариантов использования

Наиболее важным — и, если это сработает, сразу преобразующим — применением Quantum Brain Network является то, что она поможет BCI работать лучше. Наш мозг невероятно сложен. Они могут похвастаться 100 миллиардами нейронов, образующих гигантские сети с квадриллионами соединений, которые постоянно общаются друг с другом с помощью крошечных электрических импульсов. Сегодня наука способна записывать то, как взаимодействуют части мозга, от мельчайших взаимодействий нейронов до более крупных взаимодействий между нейронными сетями.

Но для этого обычно использовались узкоспециализированные технологии, такие как функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), которые доступны только в ведущих исследовательских лабораториях. Эксперименты BCI, основанные на тупом инструменте ЭЭГ, имеют тенденцию быть сравнительно упрощенными в том, что они могут сделать: Скажем, решить, думает ли человек о синем или красном цвете, или заставляет дрон двигаться вверх и вниз или влево и верно. Им не хватает нюансов.

Теперь это меняется, объяснила Миранда. «У нас появляется доступ к хорошему оборудованию. Все более качественное сканирование ЭЭГ выход.”

Однако улучшенное оборудование для обнаружения мозговых волн — это только одна часть головоломки. В качестве аналогии представьте себе необычайно точный микрофон, расположенный посреди футбольного стадиона. Микрофон настолько мощный, что способен улавливать каждый звук, издаваемый тысячами болельщиков на стадионе, независимо от того, громко ли они болеют или тихо жуют хот-дог. Однако, как бы впечатляюще это ни было, без подходящего программного обеспечения для фильтрации звука вы не сможете делать ничего, кроме как слушать совокупную бесформенную массу шума толпы. Сам по себе такой микрофон не поможет определить, например, что говорит человек на месте 77А.

Вам нужна не только способность записывать эту информацию, но и для декодировать это и сделать его полезным. И быстро. Это то, что могут сделать квантовые вычисления, используя свои превосходные возможности, чтобы помочь лучше обрабатывать невообразимое количество электрических мозговых импульсов, необходимых для понимания намерений и мыслей как они происходят.

«BCI нуждается в управлении в режиме реального времени, — продолжила Миранда. «Я думаю, что квантовые вычисления могут обеспечить скорость, необходимую для этой обработки… [Сейчас] мы не можем понять, что означает вся эта беспорядочная информация, которую мы получаем с помощью ЭЭГ. Если бы мы могли, мы могли бы начать классифицировать сигналы и обозначать определенные действия, которые мы заставляем себя производить».

Возможно, напрягаться, чтобы вызвать такое поведение, даже не нужно. Как пишет Азим Ажар в своей книге 2021 года экспоненциальный, интерфейсы мозг-компьютер обещают «извлекать нейронную активность из наших голов еще до того, как она превратится в мысль». Точно так же, как рекомендательные системы, например, используемые Spotify, Netflix и Amazon, стремятся показать нам, что мы хотим потреблять до того, как мы даже решили для себя, поэтому и BCI будут читать наши едва осознаваемые модели мышления и экстраполировать полезную информацию из их.

Это может быть управление умным домом или робот, отображая нужную контекстную информацию в нужный момент или обеспечивая более детальное движение протеза, управляемого нейронами. В излюбленном случае Миранды, над которым он работал годами, это может помочь людям с синдромом запертости для более быстрой связи с внешним миром.

Квантовая метавселенная?

Кроме того, есть возможность использовать мозг для взаимодействия с самим квантовым компьютером, а не просто использовать его для начальной обработки. «В будущем можно будет влиять на квантовые состояния в квантовой машине с помощью ментальных состояний», — сказала Миранда. «Я не буду заходить так далеко, чтобы сказать, что мы сможем запутать наш мозг квантовыми компьютерами, но мы сможем иметь более прямую связь с квантовыми состояниями».

Это может быть программирование квантового компьютера не таким неуклюжим способом, как демонстрация, а просто путем продумывания желаемого результата и предоставления машине возможности мгновенно запрограммировать правильный код. Представьте себе это как эволюционные вычисления (где вы указываете желаемый результат и позволяете машине определить творческий путь к нему) на стероидах суперпозиции.

Некоторые исследователи проекта также воодушевлены перспективой создания того, что они называют квантовым метавселенная. (И если вы думаете, что текущий концепция регулярной метавселенной размыт по краям, попробуйте представить себе его квантовый эквивалент!). Тем не менее, идея имеет большой смысл. А.И. Исследователи давно вообразили — и, на самом деле, это лежит в основе всего представления об истинном искусственном интеллекте — что «программное обеспечение» мозга можно воссоздать с помощью аппаратного и программного обеспечения. По крайней мере, с 1990-х годов некоторые ведущие физики и математики утверждают, что природа сознания на самом деле является квантовой.

Например, статья 2011 г. в соавторстве со всемирно известным оксфордским физиком-математиком Роджером Пенроузом утверждается, что «сознание зависит от биологически управляемых квантовых вычисления в совокупности микротрубочек внутри нейронов головного мозга, что эти квантовые вычисления коррелируют с нейронной активностью и регулируют ее, и что непрерывная шрёдингеровская эволюция каждого квантового вычисления завершается в соответствии со специальной схемой Диоси-Пенроуза (ДП) «объективной редукции» квантовое состояние».

«Идет много философских споров о том, что мозг функционирует как квантовый компьютер», — объяснила Миранда. «Люди мечтают, что, возможно, если бы нам удалось соединить наш мозг с квантовая машина, то мы становимся продолжением машины, или машина становится продолжением нашего мозг."

(Миранда сказал, что лично он не «полностью убежден» в том, что мозг действует как квантовый компьютер.)

Шаг первый в долгом путешествии

На данный момент многое из этого далеко — и далеко. Необходимо будет добиться прогресса в нескольких областях: Доступность квантовых компьютеров (демонстрация, описанная ранее, была проведена использование симулированного квантового компьютера), полезность квантовых алгоритмов, постоянное совершенствование технологии чтения мозга и многое другое. более.

Следующий шаг, считает участник проекта профессор Энрике Солано, директор исследовательской группы «Квантовые технологии для информационных наук» (QUTIS), должен «выбрать захваченный ион [квантовый компьютер] или на основе спиновых кубитов, которые работают при комнатной температуре и гарантируют, что задержка и время когерентности становятся совместимый."

Открыть этот ящик Пандоры управляемых мозгом квантовых вычислений будет непросто. Мы говорим о годах, прежде чем это станет практичным для более чем нескольких многообещающих демонстраций. Но самые большие инновации часто требуют времени.

«Мозг — это самый сложный объект во Вселенной, который мы знаем до сих пор», — сказал Солано Digital Trends. «В этом смысле, если вы связываете его с примитивным интерфейсом, вы должны принять его упрощенную модель с минимальными биологическими и интеллектуальными функциями».

Квантовые вычисления могут стать решением этой проблемы. Добро пожаловать в Сеть Квантового Мозга.

Рекомендации редакции

• Взгляд изнутри на цель Lenovo наполнить мир более экологичными компьютерами
• Ученые только что совершили прорыв в квантовых вычислениях
• Хотите узнать о будущем Twitter? Как и парламент Великобритании.
• Исследователи создают «недостающую часть головоломки» в развитии квантовых вычислений
• Полиция Великобритании, ожидающая ареста фермы по выращиванию марихуаны, вместо этого наткнулась на криптовалютный рудник