در داخل آزمایشگاه بریتانیا که مغزها را به کامپیوترهای کوانتومی متصل می کند

در اتاقی در دانشگاه پلیموث انگلستان، یک دکترا. دانش آموز پشت کامپیوتر نشسته و چشمانش بسته است انگار در حال مراقبه است. روی سر او چیزی شبیه یک کلاه شنا سیاه است، اما در واقع یک دستگاه الکتروانسفالوگرام (EEG) است که فعالیت الکتریکی را که از روی پوست سر او عبور می کند، حس می کند. در مقابل او، روی مانیتور، تصویری از یک کره ی سیمی با دو نقطه با علامت «1» و «0» وجود دارد. در مرکز کره زمین، مانند یک ساعت با یک عقربه، فلشی است که بین دو نقطه در نوسان است. هنگامی که دانش آموز حالت خود را از حالت آرامش به حالت آشفتگی با چشمان درشت تغییر می دهد، فلش منقبض می شود و حرکت می کند. هر چند ثانیه یک رقم جدید را وارد می کند.

ممکن است زیاد به نظر نرسد (و در حال حاضر، هنوز روزهای اولیه برای این کار است)، اما با این وجود چیزهای جذابی است. هنگامی که دانش آموز الگوهای مغز خود را از حالت آرام به پرانرژی تغییر می دهد و دوباره برمی گردد، امواج آلفا و بتا تولید می کند که سپس برای دستکاری کیوبیت های شبیه سازی شده – واحد عنصری در محاسبات کوانتومی، منعکس کننده ریاضیات فیزیک کوانتومی – با استفاده از چیزی بیشتر از قدرت استفاده می شود. فکر

پروفسور ادواردو میراندا از دانشگاه پلیموث به Digital Trends گفت: "اگر خود را برای تولید این دو نوع موج آموزش دهید، می توانید نوعی کد مورس را به رایانه ارسال کنید." مشکل این است که هشت ثانیه طول می کشد تا یک فرمان در حال حاضر ایجاد شود زیرا EEG بسیار کند است. برای تجزیه و تحلیل آن به پردازش زیادی نیاز داریم. و این تحلیل چندان دقیق نیست، بنابراین باید بارها بررسی کنیم تا ببینیم آیا کد واقعاً همان چیزی است که شخص می‌خواهد تولید کند یا خیر.»

به مراحل تا حدودی متزلزل و آزمایشی دنیای برنامه نویسی کوانتومی از طریق رابط مغز و رایانه خوش آمدید. به گفته سازندگان آن، این شروع ساخت چیزی است که تیم آن را شبکه مغز کوانتومی (به اختصار QBraiN) می نامد. و پتانسیل انجام یکسری کارها را دارد که ارزش هیجان انگیز شدن را دارد.

بیشتر از مجموع قطعاتش یا توستر-یخچال؟

اگر فهرستی از هیجان‌انگیزترین فناوری‌هایی را که در حال حاضر در افق فناوری می‌درخشند، دیده‌اید، تقریباً مطمئناً با اصطلاحات رابط مغز و رایانه (BCI) و رایانه کوانتومی برخورد کرده‌اید.

BCI اصطلاحات فانتزی برای روشی برای کنترل کامپیوتر با استفاده از سیگنال های مغزی است. در حالی که هر دستگاه با ورودی دستی از نظر فنی توسط مغز کنترل می شود – البته معمولاً از طریق واسطه هایی مانند انگشتان دست یا صدا – یک BCI ارسال این دستورات را به دنیای خارج بدون نیاز به خروجی اولیه از مغز به اعصاب یا ماهیچه های محیطی امکان پذیر می کند. .

در همین حال، کامپیوترهای کوانتومی، چیز بزرگ بعدی را در محاسبات نشان می دهند. محاسبات کوانتومی برای اولین بار در دهه 1980 پیشنهاد شد، اگرچه تنها اکنون شروع به تبدیل شدن به یک واقعیت فنی کرده است، اما محاسبات کوانتومی به یک رویکرد کاملاً جدید در معماری کامپیوتر اشاره دارد. این نه تنها بسیار قدرتمندتر از رایانه‌های کلاسیک موجود خواهد بود، بلکه دستیابی به چیزهایی را ممکن می‌سازد که حتی با میلیون‌ها ابررایانه امروزی که به هم زنجیر شده‌اند، غیرممکن است. آن‌ها می‌توانند، اگر به طرفدارانشان باور داشته باشید، پاسخی به پایان اجتناب‌ناپذیر قانون مور آن‌طور که ما می‌شناسیم باشند.

با این حال، در حالی که بی‌تردید BCI و کامپیوترهای کوانتومی فناوری‌های امیدوارکننده‌ای هستند که در همان برهه‌ای از تاریخ ظهور می‌کنند، سوال این است که چرا آنها را گرد هم می‌آورند – این دقیقا همان چیزی است که کنسرسیوم محققان دانشگاه پلیموث بریتانیا، دانشگاه والنسیا اسپانیا و دانشگاه سویا ، کیپو کوانتوم آلمان و دانشگاه شانگهای چین به دنبال انجام این کار هستند.

فناوران چیزی را دوست ندارند جز در هم آمیختن مفاهیم یا فناوری های امیدوارکننده با این باور که وقتی متحد شوند، بیش از مجموع اجزای خود را نشان خواهند داد. گاهی اوقات این کار با شکوه است. همانطور که اندرو چن، سرمایه‌دار خطرپذیر در کتابش با عنوان «مشکل شروع سرد» توضیح می‌دهد، اینستاگرام از ظهور تلفن‌های هوشمند مجهز به دوربین و تأثیرات شبکه قدرتمند همزمان رسانه‌های اجتماعی استفاده کرد تا به یکی از سریع‌ترین برنامه‌های در حال رشد در تاریخ تبدیل شود.

با این حال، استفاده از دو فناوری ضروری و ترکیب آنها همیشه کارساز نیست. مدیر عامل اپل، تیم کوک، زمانی به طعنه گفت: «شما می توانید یک توستر و یک یخچال را به هم متصل کنید، اما، می دانید، این چیزها احتمالاً برای کاربر خوشایند نخواهد بود».

بنابراین، چه چیزی باعث می‌شود محاسبات کوانتومی کنترل‌شده مغز نمونه‌ای از نمونه‌های قبلی باشد، عضوی از کلوپ بیش از مجموع قطعات خود، و نشانه‌ای از مشکل توستر-یخچال نباشد؟ در مقاله‌ای که در اوایل سال 2022 منتشر شد ، کنسرسیوم محققان فوق‌الذکر می‌نویسد: «ما توسعه شبکه‌های بسیار متصل از ابزارهای مرطوب‌افزار و سخت‌افزار، پردازش سیستم‌های محاسباتی کلاسیک و کوانتومی، با واسطه‌گری رابط‌های مغز-رایانه و هوش مصنوعی را پیش‌بینی می‌کنیم. سیستم‌های محاسباتی غیر متعارف و روش‌های جدید تعامل انسان و ماشین.

از کیس های فراوان استفاده کنید

مهم ترین – و در صورت کارکرد، بلافاصله متحول کننده – کاربرد شبکه کوانتومی مغز این است که به BCI ها کمک می کند تا بهتر کار کنند. مغز ما فوق العاده پیچیده است. آنها دارای 100 میلیارد نورون هستند که شبکه های غول پیکری را با چهار میلیارد اتصال در ارتباط دائمی با یکدیگر از طریق تکانه های الکتریکی کوچک تشکیل می دهند. امروزه علم قادر است نحوه ارتباط بخش‌هایی از مغز، از کوچک‌ترین تعامل بین نورون به نورون تا ارتباطات بزرگ‌تر بین شبکه‌های عصبی را ثبت کند.

اما انجام این کار معمولاً شامل فناوری بسیار تخصصی، مانند تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) است که فقط در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی برتر موجود است. آزمایش‌های BCI که بر ابزار بلانت EEG تکیه می‌کنند، در کارهایی که می‌توانند انجام دهند، نسبتاً ساده هستند: مثلاً، تصمیم‌گیری در مورد اینکه آیا فردی به رنگ آبی یا قرمز فکر می‌کند، یا باعث می‌شود یک هواپیمای بدون سرنشین به سمت بالا و پایین حرکت کند یا چپ و راست کند. آنها فاقد تفاوت های ظریف هستند.

میراندا توضیح داد که اکنون در حال تغییر است. ما شروع به دسترسی به سخت افزار خوب کرده ایم. اسکن EEG به طور فزاینده ای بهتر در حال انجام است.

با این حال، سخت افزار تشخیص امواج مغزی بهتر تنها یک تکه از این پازل است. به عنوان یک قیاس، تصور کنید که یک میکروفون فوق العاده دقیق در وسط یک استادیوم فوتبال قرار داده شده است. میکروفون آنقدر قدرتمند است که قادر است هر صدایی را که هزاران هوادار حاضر در استادیوم تولید می کنند، بدون توجه به اینکه آنها با صدای بلند تشویق می کنند یا بی سر و صدا یک هات داگ را می خورند، دریافت کند. با این حال، هر چقدر هم که این موضوع قابل توجه باشد، بدون نرم افزار فیلتر صوتی مناسب، نمی توانید کاری بیش از گوش دادن به یک توده بی شکل و بی شکل از سر و صدای جمعیت انجام دهید. چنین میکروفونی به خودی خود به شما کمک نمی کند که مثلاً فردی که در صندلی 77A می گوید چه می گوید.

آنچه شما نیاز دارید فقط توانایی ثبت این اطلاعات نیست، بلکه رمزگشایی و مفید ساختن آن است. و به سرعت. این همان کاری است که محاسبات کوانتومی می‌تواند با استفاده از توانایی‌های برتر خود برای کمک به پردازش بهتر مقدار غیرقابل تصور تکانه‌های الکتریکی مغزی که برای درک مقاصد و افکار در زمان وقوع آنها لازم است انجام دهد.

میراندا ادامه داد: «BCI به کنترل بلادرنگ نیاز دارد. من فکر می‌کنم محاسبات کوانتومی می‌تواند سرعت مورد نیاز ما برای انجام این پردازش را فراهم کند… [در حال حاضر] ما نمی‌توانیم بفهمیم که این همه اطلاعات کثیف که با EEG دریافت می‌کنیم به چه معناست. اگر می‌توانستیم، می‌توانیم شروع به طبقه‌بندی سیگنال‌ها و برچسب زدن به رفتارهای خاصی کنیم که خود را مجبور به تولید آنها می‌کنیم.»

شاید تلاش برای ایجاد این رفتارها حتی ضروری نباشد. همانطور که Azeem Azhar در کتاب نمایی 2021 خود می نویسد، وعده رابط های مغز و کامپیوتر این است که بتوانیم «فعالیت عصبی را حتی قبل از اینکه به فکر تبدیل شود از سرمان بیرون بیاوریم». درست مانند سیستم‌های توصیه‌گر – مانند سیستم‌هایی که توسط اسپاتیفای، نتفلیکس و آمازون استفاده می‌شوند – به دنبال این هستند که قبل از اینکه حتی برای خودمان تصمیم بگیریم، به ما نشان دهند چه چیزی می‌خواهیم مصرف کنیم، BCI نیز الگوهای فکری ما را می‌خواند و اطلاعات مفیدی را از آنها استخراج می‌کند. .

این می تواند کنترل یک خانه هوشمند یا یک ربات ، ارائه اطلاعات متنی مناسب در لحظه مناسب یا ارائه حرکت دقیق تر به یک پروتز کنترل شده توسط عصبی باشد. در مورد استفاده از حیوانات خانگی میراندا، موردی که او سال‌ها روی آن کار می‌کرد، می‌تواند به افراد مبتلا به سندرم قفل شده کمک کند تا سریع‌تر با دنیای بیرون ارتباط برقرار کنند.

متاورز کوانتومی؟

سپس امکان استفاده از مغز برای تعامل با خود کامپیوتر کوانتومی به جای استفاده از آن برای بوت استرپ پردازش وجود دارد. میراندا می‌گوید: «در آینده ممکن است بتوان بر حالت‌های کوانتومی در یک ماشین کوانتومی با حالت‌های ذهنی تأثیر گذاشت. من تا آنجا پیش نخواهم رفت که بگویم می‌توانیم مغزمان را با رایانه‌های کوانتومی درگیر کنیم، اما می‌توانیم ارتباط مستقیم‌تری با حالت‌های کوانتومی داشته باشیم.»

این می‌تواند برنامه‌نویسی یک کامپیوتر کوانتومی باشد، نه به شیوه‌ای که نشان می‌دهد، بلکه صرفاً با اندیشیدن به خروجی دلخواه و اجازه دادن به ماشین به برنامه‌نویسی فوری کد مناسب باشد. آن را مانند محاسبات تکاملی (که در آن خروجی دلخواه را بیان می‌کنید و به ماشین اجازه می‌دهید مسیر خلاقانه به آن را پیدا کند) روی استروئیدهای برهم‌نهی تصور کنید.

برخی از محققان این پروژه همچنین از چشم انداز ایجاد چیزی که آنها را متاور کوانتومی می نامند هیجان زده هستند. (و اگر فکر می کنید مفهوم فعلی متاورژن منظم در اطراف لبه ها مبهم است، سعی کنید سر خود را به دور معادل کوانتومی آن بپیچید!). به هر حال، این ایده بسیار منطقی است. محققان هوش مصنوعی مدت‌ها تصور می‌کردند – و در واقع، این زیربنای کل مفهوم هوش مصنوعی واقعی است – که مرطوب‌افزار مغز می‌تواند از طریق سخت‌افزار و نرم‌افزار بازآفرینی شود. حداقل از دهه 1990، برخی از فیزیکدانان و ریاضیدانان برجسته استدلال کرده اند که ماهیت آگاهی در واقع کوانتومی است.

به عنوان مثال، مقاله ای در سال 2011 که توسط راجر پنروز، فیزیکدان ریاضیدان مشهور آکسفورد نوشته شده است، استدلال می کند که "آگاهی به محاسبات کوانتومی هماهنگ شده بیولوژیکی در مجموعه ای از میکروتوبول های درون نورون های مغز بستگی دارد، که این محاسبات کوانتومی با فعالیت عصبی مرتبط و تنظیم می کنند، و تکامل پیوسته شرودینگر هر محاسبات کوانتومی مطابق با طرح خاص Diósi-Penrose (DP) برای "کاهش عینی" حالت کوانتومی پایان می یابد.

میراندا توضیح داد: "بحث های فلسفی زیادی وجود دارد که می گویند مغز به عنوان یک کامپیوتر کوانتومی عمل می کند." مردم در خواب می بینند که شاید اگر ما موفق شدیم مغز خود را با یک ماشین کوانتومی وصل کنیم، آنگاه تبدیل به امتداد ماشین شویم یا ماشین به توسعه مغز ما تبدیل شود.

(میراندا گفت که او شخصاً با این استدلال که مغزها مانند رایانه های کوانتومی عمل می کنند، «کاملاً» متقاعد نشده است.)

گام اول در یک سفر طولانی

در حال حاضر، بسیاری از این موارد دور از دسترس – و دور از دسترس است. باید در زمینه‌های مختلفی پیشرفت کرد: در دسترس بودن رایانه‌های کوانتومی (نمونه‌ای که قبلا توضیح داده شد با استفاده از یک رایانه کوانتومی شبیه‌سازی شده انجام شد)، سودمندی الگوریتم‌های کوانتومی، پیشرفت‌های مداوم در فناوری خواندن مغز، و موارد دیگر.

پروفسور انریکه سولانو ، مدیر گروه تحقیقاتی فناوری‌های کوانتومی برای علوم اطلاعات (QUTIS) گفت که گام بعدی این است که به سراغ یک کامپیوتر یونی به دام افتاده یا رایانه‌ای مبتنی بر کیوبیت‌های اسپین برویم که در دمای اتاق کار می‌کنند. و مطمئن شوید که زمان‌های تأخیر و انسجام با هم سازگار می‌شوند.»

باز کردن این جعبه پاندورا از محاسبات کوانتومی کنترل شده توسط مغز دشوار خواهد بود. ما در مورد سال‌ها صحبت می‌کنیم قبل از اینکه این برای بیش از چند نسخه نمایشی امیدوارکننده عملی شود. اما بزرگترین نوآوری ها اغلب زمان می برد.

سولانو به Digital Trends گفت: "مغز پیچیده ترین جسمی است که تاکنون در جهان می شناسیم." از این نظر، اگر آن را با یک رابط ابتدایی متصل کنید، باید یک مدل ساده‌شده از آن را با حداقل ویژگی‌های بیولوژیکی و هوشمند بپذیرید.»

محاسبات کوانتومی ممکن است راه حلی برای این مشکل باشد. در واقع به شبکه مغز کوانتومی خوش آمدید.