Una xarxa d’àtoms pot formar un cervell quàntic

Investigadors de la Universitat Radboud a Holanda han aconseguit connectar una xarxa d’àtoms individuals que imiten el comportament de les neurones i de les seves connexions sinàptiques, segons informen en un article publicat a la revista ‘Nature Nanotechnology’.

D’aquesta forma, han fabricat un prototip del que anomenen ‘cervell quàntic’, en el sentit que canvia d’estat físic instantàniament, tal com passa en els sistemes quàntics i d’una manera remotament semblant a les neurones biològiques.

A més, el sistema desenvolupat en aquesta investigació és intel·ligent, ja que aprèn dels estímuls de l’entorn, per la qual cosa també té una plasticitat semblant a la del cervell biològic.

Terreny inexplorat

Terreny inexplorat Mai s’havia arribat tan lluny en l’intent tecnològic de replicar les increïbles capacitats del cervell natural.

En el passat s’han creat xarxes neuronals artificials capaces de reconèixer patrons al seu entorn i d’aprendre pautes de comportament.

Per a això, necessiten un programa d’aprenentatge automàtic (IA) que regula el processament d’informació d’aquestes neurones i el posterior emmagatzematge d’informació en un suport informàtic.

El més important de la nova investigació és que ha creat una xarxa neuronal artificial que no necessita programació informàtica per imitar el funcionament cerebral quan processa i emmagatzema informació.

És com si un ordinador no necessités un sistema operatiu per funcionar, perquè s’encarrega de programar-se a si mateix segons aprèn dels estímuls externs.

Primer amb un àtom...

Primer amb un àtom... Per arribar a aquest resultat, el primer que van fer els investigadors va ser emmagatzemar informació en un sol àtom, cosa que van aconseguir el 2017.

Quan van aplicar un voltatge a l’àtom de cobalt, van aconseguir que canviés aleatòriament entre els valors 0 i 1 del codi binari, tal com fa una neurona biològica.

El següent i sorprenent pas ha sigut aconseguir el mateix resultat en una xarxa d’àtoms de cobalt sobre fòsfor negre, un material gairebé idèntic al grafè i candidat preferit per a la fabricació d’una nova era de components electrònics.

En aquest circuit cerebral quàntic, els investigadors van ser capaços de modelar i connectar els àtoms degudament «informats» entre si: van comprovar que imitaven el comportament autònom de les neurones i de les sinapsis cerebrals.

Aprèn sol

Aprèn sol Es parla de comportament autònom perquè les connexions entre nodes del cervell quàntic canvien de comportament segons l’estat de l’entorn, una cosa que també passa al cervell biològic.

És a dir, el cervell quàntic és capaç d’aprendre per si mateix, sense cap suport de ‘software’, per adaptar la seva reacció als estímuls externs. Els investigadors no s’expliquen com passa.

Aquest resultat podria aconseguir una manera molt més eficient d’emmagatzemar i processar informació, segons els investigadors, ja que el cervell quàntic podria processar informació no només en millors condicions que els sistemes actuals, sinó també amb més eficiència energètica.

Per aquesta raó, l’equip de la universitat holandesa es proposa ampliar l’arquitectura neuromòrfica aconseguida amb altres materials quàntics, i descobrir per què aquest prototip de cervell quàntic mostra aquests comportaments tan sorprenents com interessants.

Cap al cervell quàntic, amb matisos

Cap al cervell quàntic, amb matisos Amb aquest desenvolupament, el camí cap al cervell quàntic no ha fet més que començar.

Cal aclarir que, quan es parla de cervell quàntic en aquest context, es refereix al fet que es basa en la dinàmica d’àtoms que segueixen les lleis de l’estructura atòmica.

Aquest descobriment no té res a veure amb altres intents científics de vincular els principis quàntics del cervell amb el fenomen de la consciència, o d’explicar la funció del cervell en el marc de la teoria quàntica de camps.

Tampoc amb les investigacions de la Universitat de Califòrnia, a Santa Barbara, sobre el potencial del cervell humà per a la computació quàntica.

Ni tan sols s’està parlant d’un sistema de computació quàntica construït amb la dinàmica atòmica cerebral, ja que el que ha fet de moment aquest cervell quàntic és operar amb el codi binari i no amb cúbits (la unitat d’informació bàsica en la computació quàntica).

De moment, només s’està parlant de replicar en una estructura neuromòrfica la dinàmica cerebral que processa informació, amb la finalitat de millorar la computació actual, sense esmentar tan sols la possibilitat que pugui en algun moment aproximar-se a la lògica difusa pròpia del cervell biològic.

Notícies relacionades

La sequera a l’Amazones deixa veure rostres humans antics i desconeguts

El telescopi Webb confirma que la taxa d’expansió de l’Univers continua sent una gran incògnita

Referència

An atomic Boltzmann machine capable of self-adaption. Brian Kiraly et al. Nature Nanotechnology (2021). DOI:https://doi.org/10.1038/s41565-020-00838-4

Imatge superior: il·lustració de Peter Allen / UCSB.