Dentro do laboratório do Reino Unido que conecta cérebros a computadores quânticos

Em uma sala da Universidade de Plymouth, no Reino Unido, um Ph.D. aluno está sentado em um computador, olhos fechados como se estivesse meditando. Em sua cabeça está o que parece uma touca de natação preta, mas na verdade é um leitor de eletroencefalograma (EEG) que está sentindo a atividade elétrica passando por seu couro cabeludo. À sua frente, no monitor, há uma imagem de um globo de arame com dois pontos marcados como “1” e “0”. No centro do globo, como um relógio de um só ponteiro, há uma flecha que oscila entre os dois pontos. À medida que o aluno muda sua expressão de relaxamento para agitação de olhos arregalados, a flecha se contorce e se move. A cada vários segundos, ele insere um novo dígito.

Pode não parecer muito (e ainda é muito cedo para este trabalho), mas não deixa de ser uma coisa fascinante. À medida que o aluno muda seus padrões cerebrais de calmo para energizado e vice-versa, ele produz ondas alfa e beta que são usadas para manipular qubits simulados – a unidade elementar na computação quântica, refletindo a matemática da física quântica – usando nada mais do que o poder de pensamento.

“Se você se treinar para produzir esses dois tipos de ondas, poderá enviar algum tipo de código Morse para o computador”, disse o professor Eduardo Miranda , da Universidade de Plymouth, ao Digital Trends. “O problema é que leva oito segundos para gerar um comando no momento porque o EEG é muito lento. Precisamos de muito processamento para analisá-lo. E essa análise não é tão precisa, então precisamos ficar checando muitas vezes para ver se o código realmente é o que a pessoa quer produzir.”

Bem-vindo aos passos hesitantes e hesitantes do mundo da programação quântica por meio da interface cérebro-computador. Segundo seus criadores, é o início da construção do que a equipe chama de Quantum Brain Network (abreviado para QBraiN). E tem o potencial de fazer um monte de coisas que valem a pena ficar empolgados.

Mais do que a soma de suas partes ou uma torradeira?

Se você já viu alguma lista das tecnologias mais empolgantes atualmente brilhando no horizonte tecnológico, quase certamente já se deparou com os termos interface cérebro-computador (BCI) e computador quântico.

Um BCI é uma terminologia sofisticada para uma maneira de controlar um computador usando sinais cerebrais. Embora todos os dispositivos com entrada manual sejam tecnicamente controlados pelo cérebro – embora geralmente por meio de um intermediário como dedos ou voz – um BCI torna possível enviar esses comandos para o mundo exterior sem ter que primeiro enviar do cérebro para os nervos ou músculos periféricos .

Os computadores quânticos, por sua vez, representam a próxima grande coisa na computação . Proposta pela primeira vez na década de 1980, embora só agora comece a se tornar uma realidade técnica, a computação quântica refere-se a uma abordagem completamente nova à arquitetura de computadores. Não só será muito mais poderoso do que os computadores clássicos existentes, mas também tornará possível alcançar coisas que seriam impossíveis mesmo com milhões de supercomputadores de hoje encadeados. Eles poderiam, se você acredita em seus proponentes, ser a resposta para o fim inevitável da Lei de Moore como a conhecemos .

No entanto, enquanto BCIs e computadores quânticos são, sem dúvida, tecnologias promissoras que surgem no mesmo momento da história, a questão é por que reuni-los – que é exatamente o que o consórcio de pesquisadores da Universidade de Plymouth, no Reino Unido, da Universidade de Valência, na Espanha, e da Universidade de Sevilha , a Kipu Quantum da Alemanha e a Universidade de Xangai da China estão tentando fazer.

Os tecnólogos adoram misturar conceitos ou tecnologias promissoras na crença de que, quando unidos, eles representarão mais do que a soma de suas partes. Às vezes isso funciona gloriosamente. Como o capitalista de risco Andrew Chen descreve em seu livro The Cold Start Problem , o Instagram alavancou o surgimento de smartphones equipados com câmeras e os poderosos efeitos de rede simultâneos das mídias sociais para se tornar um dos aplicativos de crescimento mais rápido da história.

No entanto, pegar duas tecnologias obrigatórias e combiná-las nem sempre funciona. O CEO da Apple, Tim Cook, brincou uma vez que “você pode convergir uma torradeira e uma geladeira, mas, você sabe, essas coisas provavelmente não serão agradáveis ​​​​ao usuário”.

Então, o que torna a computação quântica controlada pelo cérebro um exemplo da primeira, um membro do clube mais do que a soma de suas partes, e não sintomático do problema da torradeira? Em um artigo publicado no início de 2022 , o referido consórcio de pesquisadores escreve que: “Prevemos o desenvolvimento de redes altamente conectadas de dispositivos de wetware e hardware, processando sistemas de computação clássica e quântica, mediados por interfaces cérebro-computador e IA. sistemas de computação não convencionais e novas modalidades de interação homem-máquina”.

Casos de uso em abundância

A aplicação mais significativa – e, se funcionar, imediatamente transformadora – da Quantum Brain Network é que ela ajudará as BCIs a trabalhar melhor. Nossos cérebros são incrivelmente complexos. Eles possuem 100 bilhões de neurônios, formando redes gigantes com quatrilhões de conexões em constante comunicação entre si por meio de minúsculos impulsos elétricos. Hoje, a ciência é capaz de registrar a forma como as partes do cérebro se comunicam, desde a menor interação neurônio a neurônio até comunicações maiores entre redes de neurônios.

Mas fazer isso normalmente envolve tecnologia altamente especializada, como ressonância magnética funcional (fMRI), que só está disponível nos principais laboratórios de pesquisa. Os experimentos BCI que dependem do instrumento contundente do EEG tendem a ser comparativamente simplistas no que podem fazer: digamos, decidir se uma pessoa está pensando na cor azul ou vermelha, ou fazer um drone se mover para cima e para baixo ou para a esquerda e para a direita. Eles carecem de nuances.

Isso está mudando agora, explicou Miranda. “Estamos começando a ter acesso a um bom hardware. Uma varredura de EEG cada vez melhor está sendo lançada .”

O melhor hardware de detecção de ondas cerebrais é apenas uma peça do quebra-cabeça. Como analogia, imagine ter um microfone extraordinariamente preciso colocado no meio de um estádio de futebol. O microfone é tão poderoso que é capaz de captar todos os sons feitos pelos milhares de torcedores no estádio, independentemente de estarem torcendo alto ou silenciosamente comendo um cachorro-quente. No entanto, por mais impressionante que isso seja, sem o software de filtragem de áudio correto, você não conseguiria fazer mais do que ouvir uma massa agregada e disforme de ruído de multidão. Por si só, esse microfone não ajudaria a determinar, por exemplo, o que está sendo dito pela pessoa no assento 77A.

O que você precisa não é apenas a capacidade de registrar essas informações, mas também de decodificá -las e torná-las úteis. E rapidamente. Isso é o que a computação quântica poderia fazer usando suas habilidades superiores para ajudar a processar melhor a quantidade inimaginável de impulsos elétricos do cérebro que são necessários para entender intenções e pensamentos à medida que ocorrem.

“O BCI precisa de controle em tempo real”, continuou Miranda. “Acho que a computação quântica pode fornecer a velocidade que precisamos para fazer esse processamento… [Neste momento] não podemos descobrir o que significa toda essa informação confusa que estamos recebendo com o EEG. Se pudéssemos, poderíamos começar a classificar os sinais e rotular certos comportamentos que nos forçamos a produzir.”

Talvez o esforço para produzir esses comportamentos nem fosse necessário. Como Azeem Azhar escreve em seu livro Exponential , de 2021, a promessa das interfaces cérebro-computador é ser capaz de “arrancar a atividade neural de nossas cabeças antes mesmo que ela se transforme em pensamento”. Assim como os sistemas de recomendação – como os empregados pelo Spotify, Netflix e Amazon – procuram nos mostrar o que queremos consumir antes mesmo de decidirmos por nós mesmos, também os BCIs lerão nossos padrões de pensamento pouco conscientes e extrapolarão informações úteis deles .

Isso pode ser controlar uma casa inteligente ou um robô , exibir as informações contextuais certas no momento certo ou fornecer movimentos mais refinados a uma prótese controlada por neurônios. No caso de uso de animais de estimação de Miranda, em que ele trabalha há anos, isso pode ajudar as pessoas com síndrome do encarceramento a se comunicar melhor rapidamente com o mundo exterior.

O metaverso quântico?

Depois, há a possibilidade de usar o cérebro para interagir com o próprio computador quântico, em vez de apenas usá-lo para iniciar o processamento. “No futuro, pode ser possível afetar estados quânticos em uma máquina quântica com estados mentais”, disse Miranda. “Não vou tão longe a ponto de dizer que seremos capazes de enredar nosso cérebro com computadores quânticos, mas poderemos ter uma comunicação mais direta com estados quânticos.”

Isso poderia ser programar um computador quântico não da maneira desajeitada da demonstração, mas simplesmente pensando em uma saída desejada e deixando a máquina programar o código certo instantaneamente. Imagine como a computação evolucionária (onde você declara uma saída desejada e deixa a máquina descobrir o caminho criativo para ela) em esteróides de superposição.

Alguns dos pesquisadores do projeto também estão animados com a perspectiva de criar o que chamam de metaverso quântico. (E se você acha que o conceito atual do metaverso regular é confuso nas bordas, tente envolver sua cabeça em torno de seu equivalente quântico!). De alguma forma, porém, a ideia faz muito sentido. Pesquisadores de IA há muito imaginam – e, na verdade, isso sustenta toda a noção de verdadeira inteligência artificial – que o wetware do cérebro poderia ser recriado por meio de hardware e software. Desde pelo menos a década de 1990, alguns dos principais físicos e matemáticos têm argumentado que a natureza da consciência é, de fato, quântica.

Por exemplo, um artigo de 2011 de coautoria do renomado físico matemático de Oxford Roger Penrose argumenta que “a consciência depende de computações quânticas biologicamente orquestradas em coleções de microtúbulos dentro de neurônios cerebrais, que essas computações quânticas se correlacionam e regulam a atividade neuronal, e que a evolução contínua de Schrödinger de cada computação quântica termina de acordo com o esquema específico de Diósi-Penrose (DP) de 'redução objetiva' do estado quântico.

“Há muito debate filosófico em andamento dizendo que o cérebro funciona como um computador quântico”, explicou Miranda. “As pessoas estão sonhando que talvez seja possível que, se conseguirmos conectar nossos cérebros a uma máquina quântica, nos tornemos uma extensão da máquina ou a máquina se torne uma extensão do nosso cérebro.”

(Miranda disse que não está pessoalmente “totalmente convencido” pelo argumento de que os cérebros agem como computadores quânticos.)

Primeiro passo em uma longa jornada

Por enquanto, muito disso está distante – e distante. Avanços precisarão ser feitos em várias áreas: a disponibilidade de computadores quânticos (a demonstração descrita anteriormente foi realizada usando um computador quântico simulado), a utilidade dos algoritmos quânticos, melhorias contínuas na tecnologia de leitura do cérebro e muito mais.

O próximo passo, disse o professor participante do projeto Enrique Solano , diretor do grupo de pesquisa Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), é “ir para um íon preso [computador quântico] ou um baseado em qubits de spin, que funcionam à temperatura ambiente. , e garantir que os tempos de latência e coerência se tornem compatíveis.”

Abrir esta caixa de Pandora de computação quântica controlada pelo cérebro vai ser difícil. Estamos falando de anos antes que isso se torne prático para mais do que apenas algumas demos promissoras. Mas as maiores inovações geralmente levam tempo.

“O cérebro é o objeto mais complexo que conhecemos até agora no universo”, disse Solano ao Digital Trends. “Nesse sentido, se você conectá-lo a uma interface primitiva, terá que aceitar um modelo simplificado com recursos biológicos e inteligentes mínimos.”

A computação quântica pode ser a solução para esse problema. Bem-vindo à Quantum Brain Network, de fato.