Всередині лабораторії, яка з’єднує мізки з квантовими комп’ютерами

У кімнаті Плімутського університету Сполученого Королівства доктор філософії. студент сидить за комп’ютером із закритими очима, наче медитує. На його голові щось схоже на чорну плавальну шапочку, але насправді це пристрій для зчитування електроенцефалограми (ЕЕГ), який відчуває електричну активність, що проходить через його шкіру голови. Перед ним на моніторі зображення каркасного глобуса з двома точками, позначеними «1» і «0». У центрі земної кулі, як годинник з однією стрілкою, знаходиться стрілка, яка коливається між двома балів. Коли студент змінює вираз обличчя з розслабленого на хвилювання з широко розплющеними очима, стрілка смикається та рухається. Кожні кілька секунд він вводить нову цифру.

Це може виглядати не так багато (і наразі це ще дуже ранній період для цієї роботи), але це, тим не менш, захоплюючий матеріал. Коли учень змінює структуру свого мозку зі спокійного на активний і назад, він виробляє альфа- та бета-хвилі, які потім використовуються для маніпулювати змодельованими кубітами – елементарною одиницею квантових обчислень, що відображає математику квантової фізики – використовуючи не більше ніж потужність думки.

«Якщо ви навчитеся виробляти ці два види хвиль, то зможете надіслати якусь азбуку Морзе на комп’ютер», професор Едуардо Міранда Університету Плімута розповів Digital Trends. «Проблема в тому, що для створення однієї команди в даний момент потрібно вісім секунд, тому що ЕЕГ дуже повільна. Нам потрібно багато обробки, щоб проаналізувати це. І цей аналіз не такий точний, тому нам потрібно постійно перевіряти багато разів, щоб побачити, чи дійсно код є тим, що людина хоче створити».

Ласкаво просимо до дещо хитких, пробних кроків світу квантового програмування через інтерфейс мозок-комп’ютер. За словами його творців, це початок будівництва того, що команда називає Quantum Brain Network (скорочено QBraiN). І він має потенціал робити купу речей, які варті захоплення.

Більше, ніж сума його частин чи тостер-холодильник?

Якщо ви бачили будь-який список найцікавіших технологій, які зараз мерехтять на технологічному горизонті, ви майже напевно стикалися з термінами інтерфейс мозок-комп’ютер (BCI) і квантовий комп’ютер.

BCI — це модна термінологія для способу керування комп’ютером за допомогою сигналів мозку. Хоча кожним пристроєм із ручним введенням технічно керує мозок – хоча зазвичай через посередника, наприклад пальці чи голос – BCI дає змогу надсилати ці команди в зовнішній світ без необхідності попереднього виведення з мозку на периферичні нерви або м'язи.

Тим часом квантові комп’ютери представляють Наступна велика справа в обчислювальній техніці. Вперше запропоновані в 1980-х роках, але лише зараз починають ставати технічною реальністю, квантові обчислення відносяться до абсолютно нового підходу до комп’ютерної архітектури. Він не тільки буде набагато потужнішим за існуючі класичні комп’ютери, але й зробить це можливим досягти того, що було б неможливо навіть з мільйонами сьогоднішніх суперкомп’ютерів разом. Якщо вірити їхнім прихильникам, вони можуть бути відповіддю на неминуче кінець закону Мура, як ми його знаємо.

Однак, незважаючи на те, що BCI і квантові комп’ютери, безсумнівно, є перспективними технологіями, які з’являються в один і той же момент історії, питання полягає в тому, навіщо їх об’єднувати – а це саме те, що консорціум дослідників з Плімутського університету Великобританії, іспанського Університету Валенсії та Севільського університету, німецького Kipu Quantum і китайського Шанхайського університету шукає зробити.

Технологи не люблять нічого більше, ніж поєднувати багатообіцяючі концепції чи технології, вірячи, що, об’єднавшись, вони представлятимуть більше, ніж суму своїх частин. Іноді це працює на славу. Як венчурний капіталіст Ендрю Чен описує у своїй книзі Проблема холодного запуску, Instagram використав появу смартфонів із камерою та одночасний потужний мережевий вплив соціальних мереж, щоб стати одним із найшвидше зростаючих додатків в історії.

Проте поєднання двох необхідних технологій не завжди спрацьовує. Генеральний директор Apple Тім Кук одного разу пожартував, що «ви можете поєднати тостер і холодильник, але, знаєте, ці речі, ймовірно, не сподобаються користувачеві».

Отже, що робить квантові обчислення, керовані мозком, прикладом першого, членом клубу «більше, ніж сума його частин», а не симптомом проблеми тостера-холодильника? В стаття, опублікована на початку 2022 року, вищезазначений консорціум дослідників пише, що: «Ми передбачаємо розробку високопов’язаних мереж мокрого програмного забезпечення та апаратних пристроїв, що обробляють класичні та квантові обчислювальні системи, опосередковані інтерфейсами мозок-комп’ютер та ШІ. Такі мережі включатимуть нетрадиційні обчислювальні системи та нові модальності людини-машини взаємодія».

Велика кількість випадків використання

Найважливішим – і, якщо це спрацює, миттєво перетворюючим – застосування Quantum Brain Network є те, що воно допоможе BCI працювати краще. Наш мозок неймовірно складний. Вони можуть похвалитися 100 мільярдами нейронів, які утворюють гігантські мережі з квадрильйонами з’єднань, які постійно спілкуються один з одним за допомогою крихітних електричних імпульсів. Сьогодні наука здатна зафіксувати спосіб спілкування частин мозку, від найменшої взаємодії між нейронами до більшого зв’язку між нейронними мережами.

Але для цього зазвичай використовуються вузькоспеціалізовані технології, такі як функціональна магнітно-резонансна томографія (фМРТ), яка доступна лише в провідних дослідницьких лабораторіях. Експерименти BCI, які покладаються на тупий інструмент ЕЕГ, як правило, є порівняно спрощеними в тому, що вони можуть зробити: Скажімо, вирішуючи, чи думає людина про синій чи червоний колір, чи змушує дрон рухатися вгору-вниз чи вліво та правильно. Їм бракує нюансів.

Зараз це змінюється, – пояснила Міранда. «Ми починаємо отримувати доступ до хорошого обладнання. Все краще сканування ЕЕГ виходить.”

Краще апаратне забезпечення для визначення мозкових хвиль – це лише одна частина головоломки. Як аналогію, уявіть собі надзвичайно точний мікрофон, розміщений посеред футбольного стадіону. Мікрофон настільки потужний, що здатний вловити кожен звук, який видають тисячі вболівальників на стадіоні, незалежно від того, голосно вони вболівають чи тихо ковтають хот-дог. Однак, як би це не було вражаючим, без відповідного програмного забезпечення для фільтрації аудіо ви не змогли б зробити більше, ніж слухати агреговану безформну масу шуму натовпу. Сам по собі такий мікрофон не допоможе вам визначити, наприклад, що говорить людина на сидінні 77A.

Що вам потрібно, це не просто вміння запис цю інформацію, а й до декодувати і зробити його корисним. І швидко. Це те, що можуть зробити квантові обчислення, використовуючи свої чудові можливості для кращої обробки неймовірна кількість електричних імпульсів мозку, необхідних для розуміння намірів і думок вони відбуваються.

«BCI потребує контролю в режимі реального часу», — продовжила Міранда. «Я думаю, що квантові обчислення можуть забезпечити швидкість, необхідну для цієї обробки… [Зараз] ми не можемо зрозуміти, що означає вся ця брудна інформація, яку ми отримуємо за допомогою ЕЕГ. Якби ми могли, то могли б почати класифікувати сигнали та маркувати певну поведінку, яку ми змушуємо себе виробляти».

Можливо, напружуватися, щоб створити таку поведінку, навіть не буде потрібно. Як пише Азім Азхар у своїй книзі 2021 року Експоненціальний, обіцянка інтерфейсів «мозок-комп’ютер» полягає в тому, щоб мати можливість «виривати нейронну активність з нашої голови ще до того, як вона формується в думці». Подібно до систем рекомендацій, таких як Spotify, Netflix і Amazon, які прагнуть показати нам, що ми хочемо споживати раніше. ми навіть вирішили для себе, тож BCI також будуть читати наші ледь усвідомлені моделі мислення та екстраполювати корисну інформацію з їх.

Це може бути керування розумним будинком або робот, висвітлюючи потрібну контекстну інформацію в потрібний момент або забезпечуючи точніші рухи нейронно-керованого протеза. У прикладі використання домашньої тварини Мірандою, над яким він працював роками, це могло б бути допомогти людям із синдромом замкнутості щоб краще спілкуватися із зовнішнім світом.

Квантовий метавсесвіт?

Крім того, є можливість використовувати мозок для взаємодії з самим квантовим комп’ютером, а не просто використовувати його для початкової обробки. «У майбутньому, можливо, стане можливим впливати на квантові стани в квантовій машині за допомогою психічних станів», — сказав Міранда. «Я не буду говорити так далеко, що ми зможемо зв’язати наш мозок з квантовими комп’ютерами, але ми зможемо мати більш прямий зв’язок із квантовими станами».

Це може бути програмування квантового комп’ютера не незграбним способом демонстрації, а просто продумавши бажаний результат і дозволивши машині миттєво запрограмувати правильний код. Уявіть це як еволюційне обчислення (де ви вказуєте бажаний результат і дозволяєте машині визначити творчий шлях до нього) на суперпозиційних стероїдах.

Деякі з дослідників проекту також у захваті від перспективи створення того, що вони називають квантом метавсесвіт. (А якщо ви думаєте, поточний концепція регулярного метавсесвіту нечіткий по краях, спробуйте обернути голову його квантовим еквівалентом!). Проте чомусь ця ідея має великий сенс. А.І. Дослідники давно уявляли – і, насправді, це лежить в основі всього поняття справжнього штучного інтелекту, – що мокре програмне забезпечення мозку можна відтворити за допомогою апаратного та програмного забезпечення. Принаймні з 1990-х років деякі провідні фізики та математики стверджують, що природа свідомості насправді є квантовою.

Наприклад, a Папір 2011 року Співавтором якого є всесвітньо відомий оксфордський фізик-математик Роджер Пенроуз, стверджується, що «свідомість залежить від біологічно організованого кванта обчислень у колекціях мікротрубочок у нейронах мозку, що ці квантові обчислення корелюють із активністю нейронів і регулюють її, і що безперервна еволюція Шредінгера кожного квантового обчислення завершується відповідно до специфічної схеми Діозі–Пенроуза (DP) «об’єктивного скорочення» квантовий стан».

«Існує багато філософських дебатів про те, що мозок функціонує як квантовий комп’ютер», — пояснила Міранда. «Люди мріють, що, можливо, можливо, що якби нам вдалося з’єднати наш мозок з a квантової машини, тоді ми стаємо продовженням машини або машина стає продовженням нашого мозок».

(Міранда сказав, що він особисто не «повністю переконаний» у тому, що мозок працює як квантовий комп’ютер.)

Крок перший у довгій подорожі

Наразі багато з цього є далеким – і далеким. Необхідно досягти прогресу в кількох сферах: Доступність квантових комп’ютерів (демонстрація, описана раніше, була проведена за допомогою моделювання квантового комп’ютера), корисність квантових алгоритмів, постійне вдосконалення технології читання мозку та багато іншого більше.

Наступний крок, зазначив учасник проекту професор Енріке Солано, директор дослідницької групи Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), є «перейти на захоплений іон [квантовий комп’ютер] або базується на спінових кубітах, які працюють при кімнатній температурі та гарантують, що час затримки та когерентності стає сумісний».

Відкрити цю скриньку Пандори квантових обчислень, керованих мозком, буде важко. Ми говоримо про роки, перш ніж це стане практичним для більш ніж кількох багатообіцяючих демонстрацій. Але найбільші інновації часто потребують часу.

«Мозок — це найскладніший об’єкт у Всесвіті, який ми на сьогоднішній день знаємо», — сказав Солано Digital Trends. «У цьому сенсі, якщо ви підключаєте його до примітивного інтерфейсу, ви повинні прийняти його надто спрощену модель з мінімальними біологічними та інтелектуальними функціями».

Квантові обчислення можуть бути вирішенням цієї проблеми. Ласкаво просимо до мережі Quantum Brain Network.

Рекомендації редакції

• Погляд зсередини на мету Lenovo наповнити світ більш екологічними комп’ютерами
• Вчені щойно досягли прориву в квантових обчисленнях
• Вам цікаво майбутнє Twitter? Так само і парламент Великобританії
• Дослідники створюють «відсутню частину головоломки» в розробці квантових обчислень
• Поліція Сполученого Королівства, розраховуючи розкрити пот-ферму, замість цього натрапила на майнинг криптовалюти