Унутар лабораторије која повезује мозак са квантним рачунарима

У соби на Универзитету Уједињеног Краљевства у Плимоуту, др. ученик седи за компјутером, затворених очију као да медитира. На његовој глави је нешто што изгледа као црна капа за пливање, али је заправо читач електроенцефалограма (ЕЕГ) који осећа електричну активност која пролази преко његовог власишта. Испред њега, на монитору, налази се слика жичане кугле са две тачке означене „1“ и „0“. У центру глобуса, као сат са једном казаљком, налази се стрелица која осцилира између два бодова. Док ученик мења израз лица из опуштености у израз узбуђења широм отворених очију, стрелица се трза и помера. Сваких неколико секунди он уноси нову цифру.

Можда не изгледа много (и тренутно су још увек рани дани за овај посао), али је ипак фасцинантна ствар. Док ученик мења обрасце свог мозга из смиреног у енергичан и назад, он производи алфа и бета таласе који се затим користе за манипулисати симулираним кубитима – елементарном јединицом у квантном рачунарству, која одражава математику квантне физике – користећи ништа више од снаге мисли.

„Ако се обучите да производите ове две врсте таласа, онда можете да пошаљете неку врсту Морзеове азбуке на рачунар,“ професор Едуардо Миранда са Универзитета у Плимуту рекао је за Дигитал Трендс. „Проблем је у томе што је тренутно потребно осам секунди да се генерише једна команда јер је ЕЕГ веома спор. Треба нам много обраде да бисмо то анализирали. А ова анализа није толико тачна, тако да морамо да наставимо да проверавамо много пута да видимо да ли је код заиста оно што особа жели да произведе.

Добродошли у помало климаве, пробне кораке у свету квантног програмирања путем интерфејса мозак-рачунар. Према његовим креаторима, то је почетак изградње онога што тим назива Куантум Браин Нетворк (скраћено од КБраиН). И има потенцијал да уради гомилу ствари због којих вреди бити узбуђен.

Више од збира делова или тостер-фрижидер?

Ако сте видели било коју листу најузбудљивијих технологија које тренутно светлуцају на технолошком хоризонту, скоро сигурно сте наишли на термине интерфејс мозак-рачунар (БЦИ) и квантни рачунар.

БЦИ је фенси терминологија за начин контроле рачунара помоћу можданих сигнала. Док сваки уређај са ручним уносом технички контролише мозак – иако обично преко посредника попут прстију или гласа – БЦИ омогућава да се ове команде пошаљу у спољашњи свет без потребе за прво слање из мозга у периферне нерве или мишића.

У међувремену, квантни рачунари представљају Следећа велика ствар у рачунарству. Први пут предложено 1980-их, иако тек сада почиње да постаје техничка реалност, квантно рачунарство се односи на потпуно нови приступ рачунарској архитектури. Не само да ће бити далеко моћнији од постојећих класичних рачунара, већ ће то и омогућити постићи ствари које би биле немогуће чак и са милионима данашњих суперкомпјутера везаних ланцима заједно. Они би, ако је веровати њиховим заговорницима, могли да буду одговор на неизбежно крај Муровог закона каквог познајемо.

Међутим, док БЦИ и квантни рачунари несумњиво обећавају технологије које се појављују у истом тренутку историје, питање је зашто их спајати – што је управо оно што конзорцијум истраживача са британског Универзитета у Плимуту, шпанског Универзитета у Валенсији и Универзитета у Севиљи, немачког Кипу Куантум и кинеског универзитета у Шангају траже урадити.

Технолози не воле ништа више од мешања обећавајућих концепата или технологија у уверењу да ће, када су уједињени, представљати више од збира својих делова. Понекад ово делује сјајно. Као што ризични капиталиста Ендрју Чен описује у својој књизи Проблем хладног покретања, Инстаграм је искористио појаву паметних телефона опремљених камером и истовремене моћне мрежне ефекте друштвених медија како би постао једна од најбрже растућих апликација у историји.

Међутим, узимање две технологије које морате имати и њихово комбиновање не функционише увек. Извршни директор Аппле-а Тим Кук је једном рекао да „можете спојити тостер и фрижидер, али, знате, те ствари вероватно неће бити пријатне за корисника“.

Дакле, шта квантно рачунање које контролише мозак чини примером првог, чланом клуба више од зброја делова, а не симптоматичним за проблем тостера и фрижидера? У а Рад објављен почетком 2022, поменути конзорцијум истраживача пише да: „Предвиђамо развој високо повезаних мрежа ветваре и хардверских уређаја, обраде класичних и квантни рачунарски системи, посредовани интерфејсима мозак-рачунар и А.И. Такве мреже ће укључивати неконвенционалне рачунарске системе и нове модалитете човек-машина интеракција.”

Случајеви употребе у изобиљу

Најзначајнија – и, ако функционише, одмах трансформативна – примена квантне мреже мозга је да ће помоћи да БЦИ боље раде. Наши мозгови су невероватно сложени. Они се могу похвалити са 100 милијарди неурона, формирајући џиновске мреже са квадрилионима веза у сталној међусобној комуникацији путем сићушних електричних импулса. Данас је наука способна да забележи начин на који делови мозга комуницирају, од најмање интеракције неурон-на-неурони до већих комуникација између неуронских мрежа.

Али ово обично укључује високо специјализовану технологију, као што је функционална магнетна резонанца (фМРИ), која је доступна само у врхунским истраживачким лабораторијама. БЦИ експерименти који се ослањају на тупи инструмент ЕЕГ имају тенденцију да буду релативно поједностављени у ономе што могу да ураде: Рецимо, одлучивање да ли особа мисли на плаву или црвену боју, или тера да се дрон креће горе-доле или лево и јел тако. Недостају им нијансе.

То се сада мења, објаснила је Миранда. „Почињемо да имамо приступ добром хардверу. ЕЕГ скенирање је све боље излазећи.”

Ипак, бољи хардвер за детекцију можданих таласа је само један део слагалице. Као аналогију, замислите да имате изузетно прецизан микрофон постављен усред фудбалског стадиона. Микрофон је толико моћан да је у стању да ухвати сваки звук који произведу хиљаде навијача на стадиону, без обзира да ли гласно навијају или тихо једу хотдог. Међутим, колико год ово било импресивно, без правог софтвера за филтрирање звука, не бисте били у могућности да урадите више од слушања агрегиране, безобличне масе буке гомиле. Сам по себи, такав микрофон вам не би помогао да одредите, на пример, шта говори особа на седишту 77А.

Оно што вам треба није само способност да запис ове информације, али и да декодирати и учинити га корисним. И то брзо. То је оно што би квантно рачунарство могло да уради користећи своје супериорне способности да помогне у бољој обради незамислива количина електричних можданих импулса који су потребни да би се разумеле намере и мисли као јављају се.

„БЦИ треба контролу у реалном времену“, наставила је Миранда. „Мислим да квантно рачунарство може да обезбеди брзину која нам је потребна за ову обраду... [Тренутно] не можемо да схватимо шта значе све ове неуредне информације које добијамо са ЕЕГ-ом. Када бисмо могли, онда бисмо могли да почнемо да класификујемо сигнале и означавамо одређена понашања која се присиљавамо да произведемо.

Можда напрезање да се произведе ова понашања не би ни било потребно. Како Азеем Азхар пише у својој књизи из 2021 Експоненцијално, обећање интерфејса мозак-компјутер је да будемо у стању да „извучемо неуронску активност из наших глава чак и пре него што се она претвори у мисао“. Баш као и системи препорука – попут оних које користе Спотифи, Нетфлик и Амазон – настоје да нам покажу шта желимо да конзумирамо пре чак смо и сами одлучили, па ће и БЦИ читати наше једва свесне мисаоне обрасце и екстраполирати корисне информације из њих.

То би могло бити управљање паметном кућом или робота, искачући праве контекстуалне информације у правом тренутку, или пружајући прецизније кретање протези која контролише нервни систем. У случају коришћења Мирандиног љубимца, на коме је радио годинама, могло би помоћи људима са синдромом закључавања да брже комуницирају са спољним светом.

Квантни метаверзум?

Затим постоји могућност да се мозак користи за интеракцију са самим квантним рачунаром, уместо да се користи само за покретање процеса. „У будућности би могло бити могуће утицати на квантна стања у квантној машини са менталним стањима“, рекла је Миранда. „Нећу ићи толико далеко да кажем да ћемо моћи да заплетемо наш мозак квантним компјутерима, али ћемо моћи да имамо директнију комуникацију са квантним стањима.

То би могло бити програмирање квантног рачунара не на незграпни начин демонстрације, већ једноставно размишљањем о жељеном излазу и пуштањем да машина тренутно програмира прави код. Замислите то као еволуционо рачунарство (где наведете жељени резултат и пустите машини да смисли креативни пут до њега) на суперпозиционим стероидима.

Неки од истраживача на пројекту су такође узбуђени због могућности стварања онога што називају квантом метаверсе. (А ако мислите да струја концепт регуларног метаверзума је нејасна око ивица, покушајте да умотате главу око његовог квантног еквивалента!). Некако, међутим, идеја има много смисла. А.И. Истраживачи су дуго замишљали – и, заиста, ово подупире читав појам праве вештачке интелигенције – да се влажни софтвер мозга може поново креирати путем хардвера и софтвера. Најмање од 1990-их, неки водећи физичари и математичари тврде да је природа свести, у ствари, квантна.

На пример, а 2011 рад коаутор светски познатог оксфордског математичког физичара Рогера Пенросеа тврди да „свест зависи од биолошки оркестрираног квантног прорачуне у колекцијама микротубула унутар можданих неурона, да ови квантни прорачуни корелирају са неуронском активношћу и да регулишу континуирана Шредингерова еволуција сваког квантног прорачуна завршава се у складу са специфичном Диози-Пенроузовом (ДП) шемом 'објективне редукције' квантно стање“.

„Постоји много филозофских дебата о томе да мозак функционише као квантни компјутер“, објаснила је Миранда. „Људи сањају да је можда могуће да ако бисмо успели да повежемо свој мозак са а квантна машина, онда постајемо продужетак машине или машина постаје продужетак наше мозак."

(Миранда је рекао да он лично није „у потпуности уверен“ аргументом да се мозгови понашају као квантни компјутери.)

Први корак на дугом путу

За сада је много тога далеко – и далеко. Напредак ће бити потребно у више области: доступност квантних рачунара (демо описан раније је спроведен коришћењем симулираног квантног рачунара), корисност квантних алгоритама, континуирана побољшања технологије читања мозга и много тога више.

Следећи корак, рекао је учесник пројекта професор Енрике Солано, директор истраживачке групе Куантум Тецхнологиес фор Информатион Сциенце (КУТИС), је „ићи на заробљени јон [квантни компјутер] или онај који се заснива на спин кубитима, који раде на собној температури и обезбеђују да времена кашњења и кохерентности постану компатибилан.”

Отварање ове Пандорине кутије квантног рачунарства које контролише мозак биће тешко. Говоримо о годинама пре него што ово постане практично за више од само неколико обећавајућих демо снимака. Али највеће иновације често захтевају време.

„Мозак је најкомплекснији објекат који до сада познајемо у универзуму“, рекао је Солано за Дигитал Трендс. „У том смислу, ако га повежете са примитивним интерфејсом, морате прихватити његов поједностављен модел са минималним биолошким и интелигентним карактеристикама.

Квантно рачунарство може бити решење за тај проблем. Добродошли у мрежу квантне мозга, заиста.

Препоруке уредника

• Поглед изнутра на циљ компаније Леново да испуни свет одрживијим рачунарима
• Научници су управо постигли пробој у квантном рачунарству
• Занима вас будућност Твитера? Тако је и британски парламент
• Истраживачи стварају „комад слагалице који недостаје“ у развоју квантног рачунарства
• Британска полиција која очекује да ће ухапсити фарму лонаца уместо тога налетела је на рудник криптовалута