Vnútri laboratória, ktoré spája mozgy s kvantovými počítačmi

V miestnosti na Univerzite v Plymouthe v Spojenom kráľovstve získal titul Ph. D. študent sedí pri počítači so zavretými očami, akoby meditoval. Na hlave má niečo, čo vyzerá ako čierna plavecká čiapka, ale v skutočnosti je to čítačka elektroencefalogramu (EEG), ktorá sníma elektrickú aktivitu prechádzajúcu cez jeho pokožku hlavy. Pred ním na monitore je obrázok drôteného glóbusu s dvoma bodmi označenými „1“ a „0“. V strede zemegule, ako hodiny s jednou ručičkou, je šíp, ktorý osciluje medzi týmito dvoma bodov. Keď študent zmení svoj výraz z uvoľneného na výraz vzrušenia s vyvalenými očami, šípka sa trhne a pohybuje sa. Každých niekoľko sekúnd zadá novú číslicu.

Možno to nevyzerá veľa (a práve teraz je na túto prácu ešte veľmi skoro), no napriek tomu je to fascinujúca vec. Keď študent mení svoje mozgové vzorce z pokojného na energizovaný a späť, produkuje alfa a beta vlny, ktoré sa potom používajú na manipulujte so simulovanými qubitmi – elementárnou jednotkou v kvantových výpočtoch, ktorá odráža matematiku kvantovej fyziky – s použitím ničoho iného ako výkonu myslenia.

"Ak sa vycvičíte, aby ste produkovali tieto dva druhy vĺn, potom môžete poslať nejaký druh Morseovej abecedy do počítača." profesor Eduardo Miranda z University of Plymouth povedal pre Digital Trends. „Problém je v tom, že generovanie jedného príkazu v súčasnosti trvá osem sekúnd, pretože EEG je veľmi pomalé. Potrebujeme veľa spracovania, aby sme to analyzovali. A táto analýza nie je taká presná, takže musíme veľakrát kontrolovať, či kód skutočne je to, čo chce človek vytvoriť.“

Vitajte v trochu neistých, predbežných krokoch sveta kvantového programovania prostredníctvom rozhrania mozog-počítač. Podľa jeho tvorcov je to začiatok výstavby toho, čo tím nazýva Quantum Brain Network (skrátene QBraiN). A má potenciál robiť veľa vecí, pre ktoré stojí za to byť nadšený.

Viac ako súčet jeho častí alebo hriankovač-chladnička?

Ak ste videli nejaký zoznam najzaujímavejších technológií, ktoré sa momentálne trblietajú na technologickom horizonte, takmer určite ste sa stretli s pojmami rozhranie mozog-počítač (BCI) a kvantový počítač.

BCI je ozdobná terminológia pre spôsob ovládania počítača pomocou mozgových signálov. Zatiaľ čo každé zariadenie s manuálnym vstupom je technicky ovládané mozgom – aj keď zvyčajne prostredníctvom sprostredkovateľa, ako sú prsty alebo hlas – BCI umožňuje posielať tieto príkazy do vonkajšieho sveta bez toho, aby museli najprv vystupovať z mozgu do periférnych nervov resp svaly.

Kvantové počítače medzitým predstavujú Ďalšia veľká vec v oblasti výpočtovej techniky. Kvantová výpočtová technika, ktorá bola prvýkrát navrhnutá v 80. rokoch 20. storočia, hoci sa až teraz začína stávať technickou realitou, predstavuje úplne nový prístup k počítačovej architektúre. Bude nielen oveľa výkonnejší ako existujúce klasické počítače, ale umožní to dosiahnuť veci, ktoré by boli nemožné aj s miliónmi dnešných superpočítačov pripútaných na reťaz spolu. Ak veríte ich zástancom, mohli by byť odpoveďou na nevyhnutné koniec Moorovho zákona, ako ho poznáme.

Hoci sú BCI a kvantové počítače nepochybne sľubnými technológiami, ktoré sa objavujú v rovnakom období histórie, otázkou je, prečo ich spájať – čo je presne to, konzorcium výskumníkov z Univerzity v Plymouthe v Spojenom kráľovstve, Španielskej univerzity vo Valencii a Univerzity v Seville, nemeckej Kipu Quantum a čínskej univerzity v Šanghaji hľadajú robiť.

Technológovia nemilujú nič iné, ako miešať dohromady sľubné koncepty alebo technológie vo viere, že keď sa spoja, budú predstavovať viac ako len súčet svojich častí. Niekedy to funguje skvele. Ako opisuje rizikový kapitalista Andrew Chen vo svojej knihe Problém studeného štartu, Instagram využil vznik smartfónov vybavených fotoaparátom a súčasné silné sieťové efekty sociálnych médií, aby sa stal jednou z najrýchlejšie rastúcich aplikácií v histórii.

Využitie dvoch nevyhnutných technológií a ich kombinovanie však nie vždy funguje. Generálny riaditeľ spoločnosti Apple Tim Cook raz vtipkoval, že „môžete spojiť hriankovač a chladničku, ale viete, tieto veci pravdepodobne nebudú pre používateľa príjemné“.

Čo teda robí mozgom riadené kvantové výpočty príkladom prvého, člena klubu viac ako súčet jeho častí a nie je príznakom problému hriankovača a chladničky? V dokument uverejnený začiatkom roka 2022, spomínané konzorcium výskumníkov píše, že: „Predpokladáme rozvoj vysoko prepojených sietí wetwarových a hardvérových zariadení, spracovávajúcich klasické a kvantové počítačové systémy, sprostredkované rozhraniami mozog-počítač a A.I. Takéto siete budú zahŕňať nekonvenčné počítačové systémy a nové modality človek-stroj interakcia."

Množstvo prípadov použitia

Najvýznamnejšou – a ak to funguje, okamžite transformujúcou – aplikáciou Quantum Brain Network je, že pomôže BCI lepšie fungovať. Náš mozog je neuveriteľne zložitý. Môžu sa pochváliť 100 miliardami neurónov, ktoré tvoria obrovské siete s kvadriliónmi spojení, ktoré spolu neustále komunikujú prostredníctvom malých elektrických impulzov. Dnes je veda schopná zaznamenať spôsob, akým časti mozgu komunikujú, od najmenších interakcií medzi neurónmi až po rozsiahlejšie komunikácie medzi neurónovými sieťami.

To však zvyčajne zahŕňalo vysoko špecializovanú technológiu, ako je funkčná magnetická rezonancia (fMRI), ktorá je k dispozícii iba v špičkových výskumných laboratóriách. Experimenty BCI, ktoré sa spoliehajú na tupý nástroj EEG, majú tendenciu byť pomerne zjednodušujúce v tom, čo dokážu: Povedzte, rozhodnite sa, či človek myslí na modrú alebo červenú farbu, alebo prinúti dron pohybovať sa hore a dole alebo doľava a správny. Chýba im nuansa.

To sa teraz mení, vysvetlila Miranda. „Začíname mať prístup k dobrému hardvéru. Skenovanie EEG je stále lepšie vychádzanie.”

Lepší hardvér na snímanie mozgových vĺn je však len jedným kúskom skladačky. Ako analógiu si predstavte, že máte v strede futbalového štadióna umiestnený mimoriadne presný mikrofón. Mikrofón je taký výkonný, že dokáže zachytiť každý zvuk, ktorý vydajú tisíce fanúšikov na štadióne, bez ohľadu na to, či hlasno povzbudzujú, alebo potichu žujú hotdog. Avšak, akokoľvek pôsobivé by to bolo, bez správneho softvéru na filtrovanie zvuku by ste nedokázali viac, než len počúvať agregovanú, beztvarú masu hluku davu. Sám o sebe by vám takýto mikrofón nepomohol určiť, čo napríklad hovorí osoba na sedadle 77A.

To, čo potrebujete, nie je len schopnosť záznam tieto informácie, ale aj na dekódovať a urobte to užitočným. A rýchlo. To je to, čo môže kvantová výpočtová technika urobiť pomocou svojich vynikajúcich schopností na lepšie spracovanie nepredstaviteľné množstvo elektrických mozgových impulzov, ktoré sú potrebné na pochopenie zámerov a myšlienok ako vyskytujú sa.

"BCI potrebuje kontrolu v reálnom čase," pokračovala Miranda. „Myslím si, že kvantové výpočty môžu poskytnúť rýchlosť, ktorú potrebujeme na toto spracovanie... [Práve teraz] nemôžeme prísť na to, čo znamenajú všetky tieto chaotické informácie, ktoré získavame pomocou EEG. Ak by sme mohli, potom by sme mohli začať klasifikovať signály a označovať určité správanie, ktoré sa nútime vytvárať.“

Možno by snaha o vytvorenie tohto správania ani nebola potrebná. Ako píše Azeem Azhar vo svojej knihe z roku 2021 Exponenciálny, prísľubom rozhraní mozog-počítač je schopnosť „vytrhnúť nervovú aktivitu z našich hláv ešte skôr, ako sa sformuje do myslenia“. Rovnako ako systémy odporúčaní, ako napríklad systémy Spotify, Netflix a Amazon, sa nám snažia ukázať, čo chceme konzumovať predtým. dokonca sme sa sami rozhodli, takže aj BCI budú čítať naše sotva vedomé myšlienkové vzorce a extrapolovať užitočné informácie z ich.

To by mohlo byť ovládanie inteligentného domu alebo robot, zobrazenie správnych kontextových informácií v správnom momente alebo poskytnutie jemnejšieho pohybu nervovo riadenej protéze. V prípade Mirandinho domáceho maznáčika, na ktorom pracoval roky, by to mohlo byť pomôcť ľuďom so syndrómom uzamknutia pre lepšiu rýchlu komunikáciu s vonkajším svetom.

Kvantová metaverza?

Potom je tu možnosť použiť mozog na interakciu so samotným kvantovým počítačom, a nie len na jeho použitie na zavádzanie spracovania. "V budúcnosti môže byť možné ovplyvniť kvantové stavy v kvantovom stroji mentálnymi stavmi," povedala Miranda. "Nepôjdem tak ďaleko, že poviem, že budeme môcť zamotať náš mozog kvantovými počítačmi, ale budeme môcť priamejšie komunikovať s kvantovými stavmi."

To by mohlo byť programovanie kvantového počítača nie neohrabaným spôsobom demonštrácie, ale jednoducho myslením na požadovaný výstup a nechať stroj okamžite naprogramovať správny kód. Predstavte si to ako evolučnú výpočtovú techniku ​​(kde uvediete požadovaný výstup a necháte stroj, aby si k nemu vymyslel kreatívnu cestu) na superpozícii steroidov.

Niektorí z výskumníkov projektu sú tiež nadšení z vyhliadky na vytvorenie toho, čo nazývajú kvantom metaverza. (A ak si myslíte, že prúd koncept pravidelného metaverza je neostrý okolo okrajov, skúste si omotať hlavu okolo jeho kvantového ekvivalentu!). Nejako však tá myšlienka dáva veľký zmysel. A.I. výskumníci si už dlho predstavovali – a v skutočnosti to podporuje celú predstavu skutočnej umelej inteligencie – že mokrý softvér mozgu by sa dal znovu vytvoriť pomocou hardvéru a softvéru. Minimálne od 90. rokov 20. storočia niektorí poprední fyzici a matematici tvrdia, že povaha vedomia je v skutočnosti kvantová.

Napríklad a papier z roku 2011 spoluautorom svetoznámeho oxfordského matematického fyzika Rogera Penrosea tvrdí, že „vedomie závisí od biologicky riadených kvantových výpočty v zbierkach mikrotubulov v mozgových neurónoch, že tieto kvantové výpočty korelujú a regulujú aktivitu neurónov a že kontinuálny Schrödingerov vývoj každého kvantového výpočtu sa končí v súlade so špecifickou Diósi-Penroseovou (DP) schémou „objektívnej redukcie“ kvantový stav“.

"Prebieha veľa filozofických diskusií, ktoré hovoria, že mozog funguje ako kvantový počítač," vysvetlila Miranda. „Ľudia snívajú o tom, že možno je možné, že keby sa nám podarilo spojiť naše mozgy s a kvantový stroj, potom sa staneme rozšírením stroja alebo sa stroj stane rozšírením nášho mozog."

(Miranda povedala, že nie je osobne „úplne presvedčený“ argumentom, že mozgy fungujú ako kvantové počítače.)

Prvý krok na dlhej ceste

Zatiaľ je veľa z toho ďaleko – a ďaleko. Pokrok bude potrebné urobiť vo viacerých oblastiach: Dostupnosť kvantových počítačov (uskutočnilo sa demo popísané vyššie pomocou simulovaného kvantového počítača), užitočnosť kvantových algoritmov, neustále zlepšovanie technológie čítania mozgu a mnohé ďalšie viac.

Ďalší krok, povedal účastník projektu profesor Enrique Solano, riaditeľ výskumnej skupiny Kvantové technológie pre informačnú vedu (QUTIS), „sa snaží o uväznený ión [kvantové počítač] alebo jeden založený na spinových qubitoch, ktoré pracujú pri izbovej teplote a zabezpečujú, že časy latencie a koherencie sa kompatibilný.”

Otvorenie tejto Pandorinej skrinky kvantových počítačov riadených mozgom bude ťažké. Hovoríme o rokoch, kým sa to stane praktickým pre viac ako len niekoľko sľubných ukážok. Najväčšie inovácie si však často vyžadujú čas.

„Mozog je najkomplexnejší objekt, aký doteraz vo vesmíre poznáme,“ povedal Solano pre Digital Trends. "V tomto zmysle, ak ho prepojíte s primitívnym rozhraním, musíte akceptovať jeho príliš zjednodušený model s minimálnymi biologickými a inteligentnými funkciami."

Kvantové výpočty môžu byť riešením tohto problému. Vitajte v sieti Quantum Brain Network.

Odporúčania redaktorov

• Vnútorný pohľad na cieľ spoločnosti Lenovo naplniť svet udržateľnejšími počítačmi
• Vedci práve dosiahli prelom v kvantovej výpočtovej technike
• Zaujíma vás budúcnosť Twitteru? Rovnako ako parlament Spojeného kráľovstva
• Výskumníci vytvárajú „chýbajúci kúsok skladačky“ pri vývoji kvantových počítačov
• Britská polícia, ktorá očakáva, že zničí pot farmu, namiesto toho narazila na kryptomenovú baňu