In einem Raum an der University of Plymouth im Vereinigten Königreich hat ein Ph.D. Student sitzt mit geschlossenen Augen an einem Computer, als wĂŒrde er meditieren. Auf seinem Kopf sieht er aus wie eine schwarze Badekappe, ist aber eigentlich ein Elektroenzephalogramm (EEG)-LesegerĂ€t, das die elektrische AktivitĂ€t erfasst, die ĂŒber seine Kopfhaut flieĂt. Vor ihm auf dem Monitor ist ein Drahtmodell-Globus mit zwei mit â1â und â0â markierten Punkten zu sehen. In der Mitte des Globus befindet sich wie bei einer Uhr mit einem einzigen Zeiger ein Pfeil, der zwischen den beiden Punkten oszilliert. Als der SchĂŒler seinen Ausdruck von Entspannung zu Aufregung mit weit aufgerissenen Augen Ă€ndert, zuckt und bewegt sich der Pfeil. Alle paar Sekunden gibt er eine neue Ziffer ein.
Es sieht vielleicht nicht nach viel aus (und im Moment ist es noch sehr frĂŒh fĂŒr diese Arbeit), aber es ist nichtsdestotrotz faszinierendes Zeug. WĂ€hrend der Student seine Gehirnmuster von ruhig zu energetisiert und wieder zurĂŒck Ă€ndert, erzeugt er Alpha- und Betawellen, die dann verwendet werden, um simulierte Qubits â die elementare Einheit im Quantencomputing, die die Mathematik der Quantenphysik widerspiegelt â zu manipulieren, indem er nichts anderes als die Kraft verwendet des Denkens.
âWenn Sie sich selbst trainieren, diese beiden Arten von Wellen zu erzeugen, können Sie eine Art Morsecode an den Computer sendenâ, sagte Professor Eduardo Miranda von der University of Plymouth gegenĂŒber Digital Trends. âDas Problem ist, dass es im Moment acht Sekunden dauert, um einen Befehl zu erzeugen, weil das EEG sehr langsam ist. Wir brauchen viel Verarbeitung, um es zu analysieren. Und diese Analyse ist nicht so genau, also mĂŒssen wir viele Male ĂŒberprĂŒfen, ob der Code wirklich das ist, was die Person produzieren möchte.â
Willkommen in den etwas wackligen, zaghaften Schritten der Welt der Quantenprogrammierung mittels Gehirn-Computer-Schnittstelle. Laut seinen Entwicklern ist dies der Beginn der Konstruktion dessen, was das Team das Quantum Brain Network (abgekĂŒrzt QBraiN) nennt. Und es hat das Potenzial, eine Reihe von Dingen zu tun, fĂŒr die es sich zu begeistern lohnt.
Mehr als die Summe seiner Teile oder ein Toaster-KĂŒhlschrank?
Wenn Sie eine Liste der aufregendsten Technologien gesehen haben, die derzeit am Tech-Horizont auftauchen, sind Sie mit ziemlicher Sicherheit auf die Begriffe Brain-Computer-Interface (BCI) und Quantencomputer gestoĂen.
Ein BCI ist eine ausgefallene Terminologie fĂŒr eine Möglichkeit, einen Computer mithilfe von Gehirnsignalen zu steuern. WĂ€hrend jedes GerĂ€t mit manueller Eingabe technisch vom Gehirn gesteuert wird â wenn auch in der Regel ĂŒber einen Vermittler wie Finger oder Stimme â ermöglicht ein BCI, diese Befehle an die AuĂenwelt zu senden, ohne dass sie zuerst vom Gehirn an periphere Nerven oder Muskeln ausgegeben werden mĂŒssen .
UniversitÀt von Plymouth
Quantencomputer hingegen sind das nĂ€chste groĂe Ding in der Datenverarbeitung. Quantencomputing wurde erstmals in den 1980er Jahren vorgeschlagen, obwohl es erst jetzt beginnt, technische RealitĂ€t zu werden, und bezieht sich auf einen völlig neuen Ansatz in der Computerarchitektur. Er wird nicht nur weitaus leistungsstĂ€rker sein als bestehende klassische Computer, sondern auch Dinge ermöglichen, die selbst mit Millionen verketteter heutiger Supercomputer unmöglich wĂ€ren. Sie könnten, wenn man ihren BefĂŒrwortern glaubt, die Antwort auf das unvermeidliche Ende des Mooreschen Gesetzes sein, wie wir es kennen.
Obwohl BCIs und Quantencomputer zweifellos vielversprechende Technologien sind, die zum gleichen Zeitpunkt in der Geschichte auftauchen, stellt sich die Frage, warum sie zusammengebracht werden sollen â und genau das ist das Konsortium von Forschern der britischen UniversitĂ€t Plymouth, der spanischen UniversitĂ€t Valencia und der UniversitĂ€t Sevilla , Deutschlands Kipu Quantum und Chinas Shanghai University versuchen dies zu tun.
Es funktioniert jedoch nicht immer, zwei unverzichtbare Technologien zu kombinieren.
Technologen lieben nichts mehr, als vielversprechende Konzepte oder Technologien zusammenzufĂŒgen, in der Ăberzeugung, dass sie, wenn sie vereint sind, mehr als die Summe ihrer Teile darstellen. Manchmal funktioniert das wunderbar. Wie der Risikokapitalgeber Andrew Chen in seinem Buch The Cold Start Problem beschreibt, nutzte Instagram das Aufkommen von mit Kameras ausgestatteten Smartphones und die gleichzeitigen starken Netzwerkeffekte von Social Media, um zu einer der am schnellsten wachsenden Apps der Geschichte zu werden.
Es funktioniert jedoch nicht immer, zwei unverzichtbare Technologien zu kombinieren. Apple-CEO Tim Cook witzelte einmal: âSie können einen Toaster und einen KĂŒhlschrank zusammenfĂŒhren, aber diese Dinge werden dem Benutzer wahrscheinlich nicht gefallen.â
Was also macht gehirngesteuertes Quantencomputing zu einem Beispiel fĂŒr ersteres, zu einem Mitglied des Mehr-als-die-Summe-seiner-Teile-Clubs und nicht zu einem Symptom des Toaster-KĂŒhlschrank-Problems? In einem Anfang 2022 veröffentlichten Papier schreibt das oben genannte Konsortium von Forschern: âWir sehen die Entwicklung hochgradig vernetzter Netzwerke von Wetware- und HardwaregerĂ€ten voraus, die klassische und Quantencomputersysteme verarbeiten, die durch Gehirn-Computer-Schnittstellen und KI vermittelt werden. Solche Netzwerke werden beteiligt sein unkonventionelle Computersysteme und neue ModalitĂ€ten der Mensch-Maschine-Interaktion.â
AnwendungsfĂ€lle in HĂŒlle und FĂŒlle
Die bedeutendste â und, wenn es funktioniert, unmittelbar transformierende â Anwendung des Quantum Brain Network ist, dass es BCIs helfen wird, besser zu arbeiten. Unser Gehirn ist unglaublich komplex. Sie verfĂŒgen ĂŒber 100 Milliarden Neuronen, die riesige Netzwerke mit Billiarden von Verbindungen bilden, die ĂŒber winzige elektrische Impulse stĂ€ndig miteinander kommunizieren. Heute ist die Wissenschaft in der Lage, die Art und Weise aufzuzeichnen, wie Teile des Gehirns kommunizieren, von der kleinsten Neuron-zu-Neuron-Interaktion bis hin zu gröĂeren Kommunikationen zwischen Neuronennetzwerken.
Dazu ist jedoch in der Regel eine hochspezialisierte Technologie wie die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) erforderlich, die nur in Spitzenforschungslabors verfĂŒgbar ist. Die BCI-Experimente, die sich auf das stumpfe Instrument des EEG stĂŒtzen, sind in der Regel vergleichsweise einfach in dem, was sie tun können: Sagen Sie, zu entscheiden, ob eine Person an die Farbe Blau oder Rot denkt, oder eine Drohne dazu zu bringen, sich nach oben und unten oder nach links und rechts zu bewegen. Es fehlt ihnen an Nuancen.
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Das Ă€ndert sich jetzt, erklĂ€rte Miranda. âWir fangen an, Zugang zu guter Hardware zu haben. Es kommen immer bessere EEG-Scans heraus.â
Bessere Hardware zur Erkennung von Gehirnwellen ist jedoch nur ein Teil des Puzzles. Stellen Sie sich als Analogie ein auĂergewöhnlich genaues Mikrofon vor, das mitten in einem FuĂballstadion aufgestellt ist. Das Mikrofon ist so leistungsstark, dass es jedes GerĂ€usch der tausenden Fans im Stadion aufnehmen kann, egal ob sie laut jubeln oder leise einen Hotdog mampfen. Doch so beeindruckend dies auch wĂ€re, ohne die richtige Audiofiltersoftware könnten Sie nicht mehr tun, als einer aggregierten, formlosen Masse von MassengerĂ€uschen zuzuhören. Ein solches Mikrofon allein wĂŒrde Ihnen beispielsweise nicht dabei helfen festzustellen, was die Person auf Platz 77A sagt.
Was Sie brauchen, ist nicht nur die FĂ€higkeit, diese Informationen aufzuzeichnen, sondern sie auch zu entschlĂŒsseln und nutzbar zu machen. Und schnell. Das könnte Quantencomputing leisten, indem es seine ĂŒberlegenen FĂ€higkeiten nutzt, um die unvorstellbare Menge an elektrischen Gehirnimpulsen besser zu verarbeiten, die erforderlich sind, um Absichten und Gedanken zu verstehen, sobald sie auftreten.
âBCI braucht Echtzeitkontrolleâ, fuhr Miranda fort. âIch denke, Quantencomputer können die Geschwindigkeit bereitstellen, die wir fĂŒr diese Verarbeitung benötigen ⊠[Right now] Wir können nicht herausfinden, was all diese chaotischen Informationen, die wir mit dem EEG bekommen, bedeuten. Wenn wir könnten, könnten wir damit beginnen, die Signale zu klassifizieren und bestimmte Verhaltensweisen zu benennen, zu denen wir uns selbst zwingen.â
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Vielleicht wĂ€re es gar nicht nötig, sich anzustrengen, um diese Verhaltensweisen hervorzurufen. Wie Azeem Azhar in seinem Buch âExponentialâ aus dem Jahr 2021 schreibt, besteht das Versprechen von Gehirn-Computer-Schnittstellen darin, âneuronale AktivitĂ€t aus unseren Köpfen zu reiĂen, noch bevor sie sich zu Gedanken formtâ. Genauso wie Empfehlungssysteme â wie die von Spotify, Netflix und Amazon â versuchen, uns zu zeigen, was wir konsumieren möchten, bevor wir uns ĂŒberhaupt fĂŒr uns entschieden haben, werden auch BCIs unsere kaum bewussten Denkmuster lesen und nĂŒtzliche Informationen daraus extrapolieren .
Das könnte die Steuerung eines Smart Home oder eines Roboters sein, das Einblenden der richtigen Kontextinformationen im richtigen Moment oder das Bereitstellen einer feinkörnigeren Bewegung fĂŒr eine neuronal gesteuerte Prothese. In Mirandas Haustier-Anwendungsfall, an dem er seit Jahren arbeitet, könnte es Menschen mit Locked-in-Syndrom helfen, schneller besser mit der AuĂenwelt zu kommunizieren.
Die Quanten-Metaverse?
Dann gibt es die Möglichkeit, das Gehirn zu verwenden, um mit einem Quantencomputer selbst zu interagieren, anstatt es nur fĂŒr die Bootstrap-Verarbeitung zu verwenden. âIn Zukunft könnte es möglich sein, QuantenzustĂ€nde in einer Quantenmaschine mit mentalen ZustĂ€nden zu beeinflussenâ, sagte Miranda. âIch werde nicht so weit gehen zu sagen, dass wir in der Lage sein werden, unser Gehirn mit Quantencomputern zu verschrĂ€nken, aber wir werden in der Lage sein, direkter mit QuantenzustĂ€nden zu kommunizieren.â
Das könnte bedeuten, einen Quantencomputer nicht auf die umstĂ€ndliche Weise der Demonstration zu programmieren, sondern einfach an eine gewĂŒnschte Ausgabe zu denken und die Maschine sofort den richtigen Code programmieren zu lassen. Stellen Sie es sich wie evolutionĂ€res Computing (bei dem Sie eine gewĂŒnschte Ausgabe angeben und die Maschine den kreativen Weg dorthin finden lĂ€sst) auf Ăberlagerungssteroiden vor.
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Einige der Forscher des Projekts sind auch von der Aussicht begeistert, etwas zu erschaffen, was sie eine Quanten-Metaverse nennen. (Und wenn Sie denken, dass das aktuelle Konzept des regulĂ€ren Metaverses an den RĂ€ndern verschwommen ist, versuchen Sie, Ihren Kopf um sein QuantenĂ€quivalent zu wickeln!). Irgendwie macht die Idee aber sehr viel Sinn. KI-Forscher haben sich schon lange vorgestellt â und das untermauert tatsĂ€chlich die gesamte Vorstellung von echter kĂŒnstlicher Intelligenz â dass die Wetware des Gehirns durch Hardware und Software nachgebildet werden könnte. Mindestens seit den 1990er Jahren argumentieren einige fĂŒhrende Physiker und Mathematiker, dass die Natur des Bewusstseins tatsĂ€chlich quantenhaft ist.
Zum Beispiel argumentiert ein Artikel aus dem Jahr 2011, der von dem weltberĂŒhmten mathematischen Physiker Roger Penrose aus Oxford mitverfasst wurde, dass âdas Bewusstsein von biologisch orchestrierten Quantenberechnungen in Ansammlungen von Mikrotubuli innerhalb von Gehirnneuronen abhĂ€ngt, dass diese Quantenberechnungen mit neuronaler AktivitĂ€t korrelieren und diese regulieren, und so weiter die kontinuierliche Schrödinger-Entwicklung jeder Quantenberechnung endet in Ăbereinstimmung mit dem spezifischen DiĂłsi-Penrose (DP)-Schema der âobjektiven Reduktionâ des Quantenzustands.â
âEs gibt viele philosophische Debatten darĂŒber, dass das Gehirn als Quantencomputer funktioniertâ, erklĂ€rte Miranda. âDie Leute trĂ€umen davon, dass es vielleicht möglich ist, dass wir, wenn es uns gelingt, unser Gehirn mit einer Quantenmaschine zu verbinden, zu einer Erweiterung der Maschine werden oder die Maschine zu einer Erweiterung unseres Gehirns wird.â
(Miranda sagte, dass er persönlich nicht âvöllig ĂŒberzeugtâ sei von dem Argument, dass Gehirne wie Quantencomputer funktionieren.)
Schritt eins auf einer langen Reise
Im Moment ist vieles davon weit weg â und weit drauĂen. Fortschritte mĂŒssen in mehreren Bereichen erzielt werden: Die VerfĂŒgbarkeit von Quantencomputern (die zuvor beschriebene Demo wurde mit einem simulierten Quantencomputer durchgefĂŒhrt), die NĂŒtzlichkeit von Quantenalgorithmen, kontinuierliche Verbesserungen in der Gehirnlesetechnologie und vieles mehr.
Der nĂ€chste Schritt, sagte Projektteilnehmer Professor Enrique Solano, Direktor der Forschungsgruppe Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), sei âein gefangenes Ion zu suchen [quantum computer] oder eines, das auf Spin-Qubits basiert, die bei Raumtemperatur arbeiten und sicherstellen, dass Latenz- und KohĂ€renzzeiten kompatibel werden.â
Das Ăffnen dieser BĂŒchse der Pandora des gehirngesteuerten Quantencomputers wird schwierig sein. Wir sprechen von Jahren, bevor dies fĂŒr mehr als nur ein paar vielversprechende Demos praktikabel wird. Doch die gröĂten Innovationen brauchen oft Zeit.
âDas Gehirn ist das komplexeste Objekt im Universum, das wir bisher kennenâ, sagte Solano gegenĂŒber Digital Trends. âIn diesem Sinne mĂŒssen Sie, wenn Sie es mit einer primitiven Schnittstelle verbinden, ein zu stark vereinfachtes Modell davon mit minimalen biologischen und intelligenten Merkmalen akzeptieren.â
Quantencomputing könnte die Lösung fĂŒr dieses Problem sein. Willkommen im Quantum Brain Network, in der Tat.
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