Znotraj laboratorija, ki povezuje možgane s kvantnimi računalniki

V sobi na univerzi v Plymouthu v Združenem kraljestvu je doktorat znanosti. študent sedi za računalnikom z zaprtimi očmi, kot da meditira. Na glavi ima nekaj, kar je videti kot črna plavalna kapa, a je v resnici bralnik elektroencefalograma (EEG), ki zaznava električno aktivnost, ki poteka čez njegovo lasišče. Pred njim, na monitorju, je slika žične oblike globusa z dvema točkama, označenima z "1" in "0." V središču globusa je kot ura z enim kazalcem puščica, ki niha med obema točke. Ko učenec spremeni svoj izraz iz izraza sproščenosti v izraz vznemirjenosti s široko odprtimi očmi, puščica trza in se premika. Vsakih nekaj sekund vnese novo številko.

Morda se ne zdi veliko (in trenutno je še zelo zgodaj za to delo), a je vseeno fascinantna stvar. Ko učenec spreminja svoje možganske vzorce iz umirjenih v energične in nazaj, proizvaja valove alfa in beta, ki se nato uporabljajo za manipulirajte s simuliranimi kubiti – elementarno enoto v kvantnem računalništvu, ki odraža matematiko kvantne fizike – z uporabo le moči misli.

"Če se naučite proizvajati ti dve vrsti valov, potem lahko v računalnik pošljete nekakšno Morsejevo abecedo," profesor Eduardo Miranda z Univerze v Plymouthu je povedal za Digital Trends. »Težava je v tem, da trenutno traja osem sekund, da ustvarimo en ukaz, ker je EEG zelo počasen. Za analizo potrebujemo veliko obdelave. In ta analiza ni tako natančna, zato moramo večkrat preverjati, ali je koda res tisto, kar oseba želi ustvariti.«

Dobrodošli v nekoliko majavih, negotovih korakih sveta kvantnega programiranja prek vmesnika možgani-računalnik. Po mnenju njegovih ustvarjalcev je to začetek gradnje tega, kar ekipa imenuje Quantum Brain Network (skrajšano QBraiN). In ima možnost narediti kup stvari, nad katerimi se je vredno navdušiti.

Več kot vsota njegovih delov ali opekač kruha-hladilnik?

Če ste videli kateri koli seznam najbolj vznemirljivih tehnologij, ki se trenutno lesketajo na tehnološkem obzorju, ste skoraj zagotovo naleteli na izraza možgansko-računalniški vmesnik (BCI) in kvantni računalnik.

BCI je modna terminologija za način nadzora računalnika z uporabo možganskih signalov. Medtem ko vsako napravo z ročnim vnosom tehnično nadzirajo možgani – čeprav običajno prek posrednika, kot so prsti ali glas – BCI omogoča pošiljanje teh ukazov v zunanji svet, ne da bi morali najprej oddati iz možganov v periferne živce oz. mišice.

Kvantni računalniki medtem predstavljajo Naslednja velika stvar v računalništvu. Kvantno računalništvo, ki je bilo prvič predlagano v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, čeprav šele zdaj začenja postajati tehnična realnost, se nanaša na popolnoma nov pristop k računalniški arhitekturi. Ne bo le veliko močnejši od obstoječih klasičnih računalnikov, ampak bo to tudi omogočal doseči stvari, ki bi bile nemogoče tudi z milijoni današnjih priklenjenih superračunalnikov skupaj. Lahko bi bili, če verjamete njihovim zagovornikom, odgovor na neizogibno konec Moorovega zakona, kot ga poznamo.

Čeprav so BCI in kvantni računalniki nedvomno obetavne tehnologije, ki se pojavljajo na isti točki v zgodovini, je vprašanje, zakaj jih združiti – kar je točno tisto, kar konzorcij raziskovalcev z britanske univerze Plymouth, španske univerze Valencia in univerze Sevilla, nemškega Kipu Quantum in kitajske univerze v Šanghaju išče narediti.

Tehnologi ne ljubijo nič drugega kot mešanje obetavnih konceptov ali tehnologij v prepričanju, da bodo združeni predstavljali več kot le vsoto svojih delov. Včasih to deluje veličastno. Kot v svoji knjigi opisuje tvegani kapitalist Andrew Chen Težava s hladnim zagonom, je Instagram izkoristil pojav pametnih telefonov, opremljenih s kamero, in hkratne močne omrežne učinke družbenih medijev, da je postal ena najhitreje rastočih aplikacij v zgodovini.

Če vzamete dve tehnologiji, ki jih morate imeti, in ju združite, to ne deluje vedno. Izvršni direktor Appla Tim Cook je nekoč pošalil, da "lahko združite opekač kruha in hladilnik, a veste, te stvari uporabniku verjetno ne bodo všeč."

Zakaj je torej kvantno računalništvo, ki ga nadzirajo možgani, primer prvega, člana kluba več kot vsota njegovih delov in ni simptomatično za problem opekača kruha in hladilnika? V dokument, objavljen v začetku leta 2022, omenjeni konzorcij raziskovalcev piše, da: »Predvidevamo razvoj visoko povezanih omrežij wetware in strojne opreme, procesiranje klasičnih in kvantni računalniški sistemi, posredovani z vmesniki možgani-računalnik in A.I. Takšna omrežja bodo vključevala nekonvencionalne računalniške sisteme in nove modalitete človek-stroj interakcija."

Veliko primerov uporabe

Najpomembnejša – in, če deluje, takojšnja preobrazba – uporaba Quantum Brain Network je ta, da bo BCI pomagala pri boljšem delovanju. Naši možgani so neverjetno kompleksni. Ponašajo se s 100 milijardami nevronov, ki tvorijo velikanska omrežja s kvadrilijoni povezav v nenehni komunikaciji med seboj prek drobnih električnih impulzov. Danes je znanost sposobna zabeležiti način komuniciranja delov možganov, od najmanjše interakcije med nevroni do večjih komunikacij med nevronskimi mrežami.

Toda to je običajno vključevalo visoko specializirano tehnologijo, kot je funkcionalno slikanje z magnetno resonanco (fMRI), ki je na voljo samo v vrhunskih raziskovalnih laboratorijih. Poskusi BCI, ki temeljijo na topem instrumentu EEG, so glede tega, kar lahko naredijo, razmeroma poenostavljeni: Recimo, da se odločite, ali oseba razmišlja o modri ali rdeči barvi, ali da se dron premika gor in dol ali levo in prav. Manjka jim niansa.

To se zdaj spreminja, je pojasnila Miranda. »Začenjamo imeti dostop do dobre strojne opreme. Vse boljši EEG pregled je prihaja ven.”

Boljša strojna oprema za zaznavanje možganskih valov pa je le en kos sestavljanke. Za analogijo si predstavljajte izjemno natančen mikrofon, postavljen sredi nogometnega stadiona. Mikrofon je tako zmogljiv, da lahko zajame vsak zvok na tisoče navijačev na stadionu, ne glede na to, ali glasno navijajo ali tiho grizljajo hotdog. Kljub temu, da bi bilo to impresivno, brez prave programske opreme za filtriranje zvoka ne bi mogli storiti več kot poslušati združeno, brezoblično maso hrupa množice. Takšen mikrofon vam sam po sebi ne bi pomagal ugotoviti, na primer, kaj govori oseba na sedežu 77A.

Kar potrebujete, ni le sposobnost zapis te podatke, temveč tudi do dekodirati in ga naredite uporabnega. In to hitro. To bi lahko naredilo kvantno računalništvo z uporabo svojih vrhunskih zmožnosti za pomoč pri boljši obdelavi Nepredstavljiva količina električnih možganskih impulzov, ki so potrebni za razumevanje namenov in misli kot se pojavijo.

»BCI potrebuje nadzor v realnem času,« je nadaljevala Miranda. »Mislim, da lahko kvantno računalništvo zagotovi hitrost, ki jo potrebujemo za to obdelavo... [Trenutno] ne moremo ugotoviti, kaj vse te neurejene informacije, ki jih dobivamo z EEG, pomenijo. Če bi lahko, potem bi lahko začeli razvrščati signale in označevati določena vedenja, ki jih prisilimo ustvariti.«

Morda napenjanje za ustvarjanje teh vedenj sploh ne bi bilo potrebno. Kot piše Azeem Azhar v svoji knjigi iz leta 2021 Eksponentna, je obljuba vmesnikov možgani-računalnik, da lahko "iztrgajo nevronsko aktivnost iz naših glav, še preden se oblikuje v misel." Tako kot sistemi priporočil – kot so tisti, ki jih uporabljajo Spotify, Netflix in Amazon – nam skušajo pokazati, kaj želimo zaužiti, preden celo sami smo se odločili, tako bodo tudi BCI prebrali naše komaj zavestne miselne vzorce in ekstrapolirali koristne informacije iz njim.

To bi lahko nadzoroval pametni dom ali robot, prikaže prave kontekstualne informacije v pravem trenutku ali zagotovi bolj natančno gibanje nevronsko nadzorovane proteze. V Mirandovem primeru uporabe hišnega ljubljenčka, na katerem je delal leta, bi lahko pomagati ljudem s sindromom zaklenjenosti za boljšo in hitrejšo komunikacijo z zunanjim svetom.

Kvantni metaverzum?

Potem obstaja možnost uporabe možganov za interakcijo s samim kvantnim računalnikom, namesto da bi jih uporabili samo za zagonsko obdelavo. "V prihodnosti bo morda mogoče vplivati ​​na kvantna stanja v kvantnem stroju z mentalnimi stanji," je dejal Miranda. "Ne bom šel tako daleč, da bi rekel, da bomo svoje možgane lahko zapletli s kvantnimi računalniki, vendar bomo lahko imeli bolj neposredno komunikacijo s kvantnimi stanji."

To bi lahko pomenilo programiranje kvantnega računalnika, ne na okoren način demonstracije, ampak preprosto z razmišljanjem o želenem izhodu in prepuščanju stroju, da takoj programira pravo kodo. Predstavljajte si to kot evolucijsko računalništvo (kjer navedete želeni rezultat in pustite stroju, da ugotovi ustvarjalno pot do njega) na superpozicijskih steroidih.

Nekateri raziskovalci na projektu so navdušeni tudi nad možnostjo ustvarjanja tega, kar imenujejo kvant metaverse. (In če pomislite na trenutno koncept običajnega metaverzuma je mehka okoli robov, poskusite oviti glavo okoli njegovega kvantnega ekvivalenta!). Nekako pa je ideja zelo smiselna. A.I. Raziskovalci so si že dolgo predstavljali – in v resnici to podpira celoten pojem prave umetne inteligence – da bi lahko mokro opremo možganov ponovno ustvarili s strojno in programsko opremo. Vsaj od devetdesetih let prejšnjega stoletja so nekateri vodilni fiziki in matematiki trdili, da je narava zavesti v resnici kvantna.

Na primer, a 2011 papir soavtor svetovno znanega oxfordskega matematičnega fizika Rogerja Penrosea, trdi, da je »zavest odvisna od biološko orkestriranega kvanta izračuni v zbirkah mikrotubulov znotraj možganskih nevronov, da so ti kvantni izračuni v korelaciji z nevronsko aktivnostjo in jo uravnavajo ter da neprekinjena Schrödingerjeva evolucija vsakega kvantnega računanja se konča v skladu s posebno shemo Diósi–Penrose (DP) 'objektivne redukcije' kvantno stanje."

"Poteka veliko filozofskih razprav o tem, da možgani delujejo kot kvantni računalnik," je pojasnil Miranda. »Ljudje sanjajo, da je morda mogoče, če bi nam uspelo povezati naše možgane z a kvantnega stroja, potem mi postanemo podaljšek stroja ali stroj postane podaljšek našega možgani."

(Miranda je dejal, da ga osebno ne "povsem prepriča" argument, da možgani delujejo kot kvantni računalniki.)

Prvi korak na dolgi poti

Za zdaj je veliko tega daleč - in daleč stran. Napredek bo potreben na več področjih: Razpoložljivost kvantnih računalnikov (prej opisana predstavitev je bila izvedena z uporabo simuliranega kvantnega računalnika), uporabnost kvantnih algoritmov, stalne izboljšave tehnologije branja možganov in veliko več.

Naslednji korak, je dejal udeleženec projekta profesor Enrique Solano, direktor raziskovalne skupine Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), je »izbrati ujeti ion [kvantni računalnik] ali tisti, ki temelji na spin kubitih, ki delujejo pri sobni temperaturi in zagotavljajo, da časi zakasnitve in koherence postanejo združljivo."

Težko bo odpreti Pandorino skrinjico kvantnega računalništva, ki ga upravljajo možgani. Govorimo o letih, preden bo to postalo praktično za več kot le nekaj obetavnih predstavitev. Toda največje inovacije pogosto zahtevajo čas.

"Možgani so najbolj zapleten predmet v vesolju, ki ga do zdaj poznamo," je Solano povedal za Digital Trends. "V tem smislu, če ga povežete s primitivnim vmesnikom, morate sprejeti njegov preveč poenostavljen model z minimalnimi biološkimi in inteligentnimi funkcijami."

Kvantno računalništvo je morda rešitev tega problema. Pravzaprav dobrodošli v Quantum Brain Network.

Priporočila urednikov

• Notranji pogled na cilj družbe Lenovo, da napolni svet z bolj trajnostnimi računalniki
• Znanstveniki so pravkar dosegli preboj v kvantnem računalništvu
• Vas zanima prihodnost Twitterja? Prav tako parlament Združenega kraljestva
• Raziskovalci ustvarjajo "manjkajoči kos sestavljanke" pri razvoju kvantnega računalništva
• Policija Združenega kraljestva, ki pričakuje, da bo razbila farmo, se namesto tega spotakne ob rudnik kriptovalute