All’interno del laboratorio del Regno Unito che collega i cervelli ai computer quantistici

In una stanza dell’Università di Plymouth del Regno Unito, un dottorato di ricerca. lo studente è seduto al computer, gli occhi chiusi come se stesse meditando. Sulla sua testa c’è quella che sembra una cuffia da bagno nera, ma in realtà è un lettore di elettroencefalogrammi (EEG) che sta rilevando l’attività elettrica che passa sul suo cuoio capelluto. Di fronte a lui, sul monitor, c’è l’immagine di un globo wireframe con due punti contrassegnati da “1” e “0”. Al centro del globo, come un orologio con una sola lancetta, c’è una freccia che oscilla tra le due punte. Quando lo studente cambia la sua espressione da una di rilassamento a una di agitazione con gli occhi spalancati, la freccia si contrae e si muove. Ogni pochi secondi, inserisce una nuova cifra.

Potrebbe non sembrare molto (e in questo momento, sono ancora i primi giorni per questo lavoro), ma è comunque roba affascinante. Quando lo studente cambia i suoi schemi cerebrali da calmo a energizzato e viceversa, produce onde alfa e beta che vengono quindi utilizzate per manipolare i qubit simulati – l’unità elementare nell’informatica quantistica, che riflette la matematica della fisica quantistica – usando nient’altro che il potere di pensiero.

“Se ti alleni a produrre questi due tipi di onde, puoi inviare una sorta di codice Morse al computer”, ha detto a Digital Trends il professor Eduardo Miranda dell’Università di Plymouth. “Il problema è che al momento ci vogliono otto secondi per generare un comando perché l’EEG è molto lento. Abbiamo bisogno di molte elaborazioni per analizzarlo. E questa analisi non è così accurata, quindi dobbiamo continuare a controllare molte volte per vedere se il codice è davvero ciò che la persona vuole produrre”.

Benvenuti nei passaggi un po’ traballanti e incerti del mondo della programmazione quantistica attraverso l’interfaccia cervello-computer. Secondo i suoi creatori, è l’inizio della costruzione di ciò che il team chiama Quantum Brain Network (abbreviato in QBraiN). E ha il potenziale per fare un sacco di cose di cui vale la pena entusiasmarsi.

Più della somma delle sue parti o di un tostapane-frigo?

Se hai visto un elenco delle tecnologie più eccitanti attualmente scintillanti sull’orizzonte tecnologico, ti sei quasi sicuramente imbattuto nei termini interfaccia cervello-computer (BCI) e computer quantistico.

Un BCI è una terminologia di fantasia per un modo di controllare un computer utilizzando i segnali del cervello. Mentre ogni dispositivo con un input manuale è tecnicamente controllato dal cervello, anche se di solito tramite un intermediario come le dita o la voce, un BCI rende possibile inviare questi comandi al mondo esterno senza dover prima inviare dal cervello ai nervi o ai muscoli periferici .

I computer quantistici, nel frattempo, rappresentano la prossima grande cosa nell’informatica. Proposto per la prima volta negli anni ’80, sebbene solo ora stia iniziando a diventare una realtà tecnica, l’informatica quantistica si riferisce a un approccio completamente nuovo all’architettura dei computer. Non solo sarà molto più potente dei computer classici esistenti, ma consentirà anche di ottenere cose che sarebbero impossibili anche con milioni di supercomputer di oggi incatenati insieme. Potrebbero, se credi ai loro sostenitori, essere la risposta all’inevitabile fine della legge di Moore come la conosciamo .

Tuttavia, mentre BCI e computer quantistici sono indubbiamente tecnologie promettenti che emergono nello stesso momento storico, la domanda è perché metterle insieme, che è esattamente ciò che il consorzio di ricercatori dell’Università di Plymouth nel Regno Unito, dell’Università di Valencia in Spagna e dell’Università di Siviglia , il tedesco Kipu Quantum e l’Università cinese di Shanghai stanno cercando di fare.

I tecnologi non amano altro che fondere insieme concetti o tecnologie promettenti nella convinzione che, una volta uniti, rappresenteranno più della somma delle loro parti. A volte questo funziona gloriosamente. Come descrive il venture capitalist Andrew Chen nel suo libro The Cold Start Problem , Instagram ha sfruttato l’emergere di smartphone dotati di fotocamera e i potenti effetti di rete simultanei dei social media per diventare una delle app in più rapida crescita nella storia.

Tuttavia, prendere due tecnologie indispensabili e combinarle non sempre funziona. Il CEO di Apple Tim Cook una volta ha scherzato dicendo che “puoi far convergere un tostapane e un frigorifero, ma, sai, queste cose probabilmente non saranno piacevoli per l’utente”.

Quindi, cosa rende l’informatica quantistica controllata dal cervello un esempio del primo, un membro del club “più della somma delle sue parti” e non sintomatico del problema del tostapane-frigorifero? In un documento pubblicato all’inizio del 2022 , il suddetto consorzio di ricercatori scrive che: “Prevediamo lo sviluppo di reti altamente connesse di dispositivi hardware e wetware, che elaborano sistemi di calcolo classici e quantistici, mediati da interfacce cervello-computer e IA Tali reti coinvolgeranno sistemi informatici non convenzionali e nuove modalità di interazione uomo-macchina”.

Casi d’uso in abbondanza

L’applicazione più significativa – e, se funziona, immediatamente trasformativa – del Quantum Brain Network è che aiuterà le BCI a funzionare meglio. I nostri cervelli sono incredibilmente complessi. Vantano 100 miliardi di neuroni, formando reti giganti con quadrilioni di connessioni in costante comunicazione tra loro tramite minuscoli impulsi elettrici. Oggi la scienza è in grado di registrare il modo in cui parti del cervello comunicano, dalla più piccola interazione neurone a neurone a comunicazioni più ampie tra reti di neuroni.

Ma questo in genere implicava una tecnologia altamente specializzata, come la risonanza magnetica funzionale (fMRI), disponibile solo nei migliori laboratori di ricerca. Gli esperimenti BCI che si basano sullo strumento contundente dell’EEG tendono ad essere relativamente semplicistici in ciò che possono fare: diciamo, decidere se una persona sta pensando al colore blu o rosso, o far muovere un drone su e giù o sinistra e destra. Mancano di sfumature.

Ora sta cambiando, ha spiegato Miranda. “Stiamo iniziando ad avere accesso a un buon hardware. Sta uscendo una scansione EEG sempre migliore. ”

Tuttavia, un migliore hardware per il rilevamento delle onde cerebrali è solo un pezzo del puzzle. Per analogia, immagina di avere un microfono straordinariamente preciso posizionato nel mezzo di uno stadio di calcio. Il microfono è così potente che è in grado di captare ogni suono emesso dalle migliaia di tifosi presenti allo stadio, indipendentemente dal fatto che stiano esultando ad alta voce o masticando silenziosamente un hotdog. Tuttavia, per quanto impressionante possa essere, senza il giusto software di filtraggio audio, non saresti in grado di fare altro che ascoltare una massa aggregata e informe di rumore di massa. Di per sé, un microfono del genere non ti aiuterebbe a determinare, ad esempio, cosa viene detto dalla persona al posto 77A.

Ciò di cui hai bisogno non è solo la capacità di registrare queste informazioni, ma anche di decodificarle e renderle utili. E velocemente. Questo è ciò che l’informatica quantistica potrebbe fare utilizzando le sue capacità superiori per aiutare a elaborare meglio la quantità inimmaginabile di impulsi elettrici cerebrali necessari per comprendere intenzioni e pensieri mentre si verificano.

“BCI ha bisogno del controllo in tempo reale”, ha continuato Miranda. “Penso che l’informatica quantistica possa fornire la velocità di cui abbiamo bisogno per eseguire questa elaborazione… [in questo momento] non riusciamo a capire cosa significhino tutte queste informazioni disordinate che otteniamo con l’EEG. Se potessimo, potremmo iniziare a classificare i segnali ed etichettare determinati comportamenti che ci costringiamo a produrre”.

Forse non sarebbe nemmeno necessario sforzarsi per produrre questi comportamenti. Come scrive Azeem Azhar nel suo libro Exponential del 2021, la promessa delle interfacce cervello-computer è quella di essere in grado di “strappare l’attività neurale dalle nostre teste anche prima che si formi nel pensiero”. Proprio come i sistemi di raccomandazione, come quelli impiegati da Spotify, Netflix e Amazon, cercano di mostrarci cosa vogliamo consumare prima ancora di aver deciso per noi stessi, così anche i BCI leggeranno i nostri schemi di pensiero a malapena consci ed estrapoleranno informazioni utili da essi .

Potrebbe essere il controllo di una casa intelligente o di un robot , di far apparire le informazioni contestuali giuste al momento giusto o di fornire movimenti più precisi a una protesi controllata da neuroni. Nel caso d’uso dell’animale domestico di Miranda, su cui ha lavorato per anni, potrebbe aiutare le persone con la sindrome del lock-in a comunicare meglio rapidamente con il mondo esterno.

Il metaverso quantistico?

Poi c’è la possibilità di usare il cervello per interagire con un computer quantistico stesso, invece di usarlo semplicemente per avviare l’elaborazione. “In futuro, potrebbe essere possibile influenzare gli stati quantistici in una macchina quantistica con stati mentali”, ha affermato Miranda. “Non arriverò al punto di dire che saremo in grado di intrappolare il nostro cervello con i computer quantistici, ma saremo in grado di avere una comunicazione più diretta con gli stati quantistici”.

Potrebbe essere la programmazione di un computer quantistico non nel modo goffo della dimostrazione, ma semplicemente pensando all’output desiderato e lasciando che la macchina programmi il codice giusto all’istante. Immaginalo come l’informatica evolutiva (in cui dichiari un output desiderato e lasci che la macchina ne determini il percorso creativo) su steroidi sovrapposti.

Alcuni dei ricercatori del progetto sono anche entusiasti della prospettiva di creare quello che chiamano un metaverso quantistico. (E se pensi che l’attuale concetto di metaverso regolare sia sfocato ai bordi, prova a avvolgere la testa attorno al suo equivalente quantistico!). In qualche modo, però, l’idea ha molto senso. I ricercatori di intelligenza artificiale hanno a lungo immaginato – e, in realtà, questo è alla base dell’intera nozione di vera intelligenza artificiale – che il wetware del cervello potesse essere ricreato attraverso hardware e software. Almeno dagli anni ’90, alcuni fisici e matematici di spicco hanno sostenuto che la natura della coscienza è, in effetti, quantistica.

Ad esempio, un articolo del 2011 coautore del fisico matematico di Oxford di fama mondiale Roger Penrose sostiene che “la coscienza dipende da calcoli quantistici orchestrati biologicamente in raccolte di microtubuli all’interno dei neuroni cerebrali, che questi calcoli quantistici sono correlati e regolano l’attività neuronale e che la continua evoluzione di Schrödinger di ogni calcolo quantistico termina secondo lo specifico schema Diósi-Penrose (DP) di “riduzione oggettiva” dello stato quantistico.

“C’è un sacco di dibattito filosofico in corso che afferma che il cervello funziona come un computer quantistico”, ha spiegato Miranda. “Le persone sognano che forse è possibile che se siamo riusciti a connettere il nostro cervello con una macchina quantistica, allora diventiamo un’estensione della macchina o la macchina diventa un’estensione del nostro cervello”.

(Miranda ha affermato di non essere personalmente “del tutto convinto” dall’argomento secondo cui i cervelli si comportano come computer quantistici.)

Primo passo in un lungo viaggio

Per ora, gran parte di questo è lontano – e lontano. Dovranno essere compiuti progressi in più aree: la disponibilità di computer quantistici (la demo descritta in precedenza è stata eseguita utilizzando un computer quantistico simulato), l’utilità degli algoritmi quantistici, i continui miglioramenti nella tecnologia di lettura del cervello e molto altro ancora.

Il passo successivo, ha affermato il professore partecipante al progetto Enrique Solano , direttore del gruppo di ricerca Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), è “prendere un computer quantistico a ioni intrappolati o uno basato su qubit di spin, che funzioni a temperatura ambiente e assicurare che i tempi di latenza e coerenza diventino compatibili.

Aprire questo vaso di Pandora dell’informatica quantistica controllata dal cervello sarà difficile. Stiamo parlando di anni prima che questo diventi pratico per qualcosa di più di alcune demo promettenti. Ma le innovazioni più grandi spesso richiedono tempo.

“Il cervello è l’oggetto più complesso che conosciamo fino ad ora nell’universo”, ha detto Solano a Digital Trends. “In questo senso, se lo colleghi a un’interfaccia primitiva, devi accettarne un modello eccessivamente semplificato con caratteristiche biologiche e intelligenti minime”.

L’informatica quantistica potrebbe essere la soluzione a questo problema. Benvenuto nel Quantum Brain Network, davvero.