À l’intérieur du laboratoire britannique qui connecte les cerveaux aux ordinateurs quantiques

Dans une salle de l'Université de Plymouth au Royaume-Uni, un Ph.D. étudiant est assis devant un ordinateur, les yeux fermés comme s'il méditait. Sur sa tête se trouve ce qui ressemble à un bonnet de bain noir, mais c'est en fait un lecteur d'électroencéphalogramme (EEG) qui détecte l'activité électrique passant sur son cuir chevelu. Devant lui, sur le moniteur, il y a une image d'un globe filaire avec deux points marqués "1" et "0". Au centre du globe, comme une horloge à une seule aiguille, se trouve une flèche qui oscille entre les deux pointes. Lorsque l'étudiant change son expression d'une expression de relaxation à une expression d'agitation aux yeux écarquillés, la flèche se contracte et bouge. Toutes les quelques secondes, il entre un nouveau chiffre.

Ça n'a peut-être pas l'air de grand-chose (et pour l'instant, c'est encore très tôt pour ce travail), mais c'est quand même fascinant. Au fur et à mesure que l'étudiant change ses schémas cérébraux de calme à énergique et inversement, il produit des ondes alpha et bêta qui sont ensuite utilisées pour manipuler des qubits simulés – l'unité élémentaire de l'informatique quantique, reflétant les mathématiques de la physique quantique – en utilisant rien de plus que la puissance de pensée.

"Si vous vous entraînez à produire ces deux types d'ondes, vous pouvez envoyer une sorte de code Morse à l'ordinateur", a déclaré le professeur Eduardo Miranda de l'Université de Plymouth à Digital Trends. "Le problème est qu'il faut huit secondes pour générer une commande en ce moment car l'EEG est très lent. Nous avons besoin de beaucoup de traitement pour l'analyser. Et cette analyse n'est pas si précise, nous devons donc continuer à vérifier plusieurs fois pour voir si le code correspond vraiment à ce que la personne veut produire.

Bienvenue dans les étapes quelque peu fragiles et hésitantes du monde de la programmation quantique par le biais de l'interface cerveau-ordinateur. Selon ses créateurs, c'est le début de la construction de ce que l'équipe appelle le Quantum Brain Network (en abrégé QBraiN). Et il a le potentiel de faire un tas de choses qui valent la peine d'être excitées.

Plus que la somme de ses parties ou un grille-pain-réfrigérateur ?

Si vous avez vu une liste des technologies les plus excitantes qui scintillent actuellement à l'horizon technologique, vous avez presque certainement rencontré les termes interface cerveau-ordinateur (BCI) et ordinateur quantique.

Un BCI est une terminologie fantaisiste pour un moyen de contrôler un ordinateur à l'aide de signaux cérébraux. Alors que chaque appareil avec une entrée manuelle est techniquement contrôlé par le cerveau – bien que généralement via un intermédiaire comme les doigts ou la voix – un BCI permet d'envoyer ces commandes au monde extérieur sans avoir à d'abord sortir du cerveau vers les nerfs ou les muscles périphériques .

Les ordinateurs quantiques, quant à eux, représentent la Next Big Thing en informatique . Proposé pour la première fois dans les années 1980, même s'il commence seulement à devenir une réalité technique, l'informatique quantique fait référence à une approche totalement nouvelle de l'architecture informatique. Non seulement il sera beaucoup plus puissant que les ordinateurs classiques existants, mais il permettra également de réaliser des choses qui seraient impossibles même avec des millions de supercalculateurs d'aujourd'hui enchaînés. Ils pourraient, si l'on en croit leurs partisans, être la réponse à la fin inéluctable de la loi de Moore telle que nous la connaissons .

Cependant, alors que les BCI et les ordinateurs quantiques sont sans aucun doute des technologies prometteuses émergeant au même moment de l'histoire, la question est de savoir pourquoi les réunir – c'est exactement ce que le consortium de chercheurs de l'Université de Plymouth au Royaume-Uni, de l'Université de Valence en Espagne et de l'Université de Séville , Kipu Quantum en Allemagne et l'Université chinoise de Shanghai cherchent à faire.

Les technologues n'aiment rien de plus que de mélanger des concepts ou des technologies prometteurs dans la conviction que, une fois réunis, ils représenteront plus que la somme de leurs parties. Parfois, cela fonctionne à merveille. Comme le décrit le capital-risqueur Andrew Chen dans son livre The Cold Start Problem , Instagram a tiré parti de l'émergence de smartphones équipés d'appareils photo et des puissants effets de réseau simultanés des médias sociaux pour devenir l'une des applications à la croissance la plus rapide de l'histoire.

Cependant, prendre deux technologies indispensables et les combiner ne fonctionne pas toujours. Le PDG d'Apple, Tim Cook, a un jour plaisanté en disant que "vous pouvez faire converger un grille-pain et un réfrigérateur, mais, vous savez, ces choses ne plairont probablement pas à l'utilisateur".

Alors, qu'est-ce qui fait de l'informatique quantique contrôlée par le cerveau un exemple du premier, un membre du club plus que la somme de ses parties, et non symptomatique du problème du grille-pain et du réfrigérateur ? Dans un article publié au début de 2022 , le consortium de chercheurs susmentionné écrit que : « Nous prévoyons le développement de réseaux hautement connectés de dispositifs humides et matériels, traitant des systèmes informatiques classiques et quantiques, médiatisés par des interfaces cerveau-ordinateur et l'IA. Ces réseaux impliqueront les systèmes informatiques non conventionnels et les nouvelles modalités d'interaction homme-machine.

Cas d'utilisation à profusion

L'application la plus importante – et, si cela fonctionne, immédiatement transformatrice – du Quantum Brain Network est qu'il aidera les BCI à mieux fonctionner. Notre cerveau est incroyablement complexe. Ils comptent 100 milliards de neurones, formant des réseaux géants avec des quadrillions de connexions en communication constante les uns avec les autres via de minuscules impulsions électriques. Aujourd'hui, la science est capable d'enregistrer la façon dont les parties du cerveau communiquent, de la plus petite interaction neurone à neurone aux communications plus importantes entre les réseaux de neurones.

Mais cela impliquait généralement une technologie hautement spécialisée, telle que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), qui n'est disponible que dans les meilleurs laboratoires de recherche. Les expériences BCI qui s'appuient sur l'instrument contondant de l'EEG ont tendance à être relativement simplistes dans ce qu'elles peuvent faire : disons, décider si une personne pense à la couleur bleue ou rouge, ou faire bouger un drone de haut en bas ou de gauche à droite. Ils manquent de nuance.

Cela est en train de changer, a expliqué Miranda. « Nous commençons à avoir accès à du bon matériel. De plus en plus de meilleurs scans EEG sortent .

Un meilleur matériel de détection des ondes cérébrales n'est cependant qu'une pièce du puzzle. Par analogie, imaginez avoir un microphone extraordinairement précis placé au milieu d'un stade de football. Le microphone est si puissant qu'il est capable de capter tous les sons émis par les milliers de fans dans le stade, qu'ils applaudissent bruyamment ou qu'ils grignotent tranquillement un hot-dog. Cependant, aussi impressionnant que cela puisse être, sans le bon logiciel de filtrage audio, vous ne pourriez pas faire plus qu'écouter une masse agrégée et informe de bruit de foule. À lui seul, un tel microphone ne vous aiderait pas à déterminer, par exemple, ce que dit la personne assise au siège 77A.

Ce dont vous avez besoin, ce n'est pas seulement de pouvoir enregistrer ces informations, mais aussi de les décoder et de les rendre utiles. Et rapidement. C'est ce que l'informatique quantique pourrait faire en utilisant ses capacités supérieures pour aider à mieux traiter la quantité inimaginable d'impulsions cérébrales électriques nécessaires pour comprendre les intentions et les pensées au fur et à mesure qu'elles se produisent.

"BCI a besoin d'un contrôle en temps réel", a poursuivi Miranda. « Je pense que l'informatique quantique peut fournir la vitesse dont nous avons besoin pour effectuer ce traitement… [En ce moment], nous ne pouvons pas comprendre ce que signifient toutes ces informations désordonnées que nous obtenons avec l'EEG. Si nous le pouvions, alors nous pourrions commencer à classer les signaux et étiqueter certains comportements que nous nous forçons à produire.

Peut-être que forcer pour produire ces comportements ne serait même pas nécessaire. Comme l'écrit Azeem Azhar dans son livre Exponential de 2021, la promesse des interfaces cerveau-ordinateur est de pouvoir "extraire l'activité neuronale de notre tête avant même qu'elle ne se transforme en pensée". Tout comme les systèmes de recommandation – tels que ceux employés par Spotify, Netflix et Amazon – cherchent à nous montrer ce que nous voulons consommer avant même que nous ayons décidé par nous-mêmes, les BCI liront également nos schémas de pensée à peine conscients et en extrapoleront des informations utiles. .

Il peut s'agir de contrôler une maison intelligente ou un robot , d'afficher les bonnes informations contextuelles au bon moment ou de fournir un mouvement plus fin à une prothèse contrôlée par des neurones. Dans le cas d'utilisation des animaux de compagnie de Miranda, sur lequel il travaille depuis des années, cela pourrait aider les personnes atteintes du syndrome d'enfermement à mieux communiquer rapidement avec le monde extérieur.

Le métaverse quantique ?

Ensuite, il y a la possibilité d'utiliser le cerveau pour interagir avec un ordinateur quantique lui-même, plutôt que de simplement l'utiliser pour amorcer le traitement. "À l'avenir, il sera peut-être possible d'affecter des états quantiques dans une machine quantique avec des états mentaux", a déclaré Miranda. "Je n'irai pas jusqu'à dire que nous pourrons emmêler notre cerveau avec des ordinateurs quantiques, mais nous pourrons avoir une communication plus directe avec les états quantiques."

Cela pourrait être de programmer un ordinateur quantique non pas de la manière maladroite de la démonstration, mais simplement en pensant à une sortie souhaitée et en laissant la machine programmer le bon code instantanément. Imaginez-le comme une informatique évolutive (où vous indiquez une sortie souhaitée et laissez la machine déterminer le chemin créatif qui y mène) sur des stéroïdes de superposition.

Certains des chercheurs du projet sont également enthousiasmés par la perspective de créer ce qu'ils appellent un métaverse quantique. (Et si vous pensez que le concept actuel du métaverse régulier est flou sur les bords, essayez de comprendre son équivalent quantique !). D'une certaine manière, cependant, l'idée a beaucoup de sens. Les chercheurs en intelligence artificielle imaginent depuis longtemps – et, en réalité, cela sous-tend toute la notion de véritable intelligence artificielle – que le wetware du cerveau pourrait être recréé à l'aide de matériel et de logiciels. Depuis au moins les années 1990, certains physiciens et mathématiciens de premier plan soutiennent que la nature de la conscience est, en fait, quantique.

Par exemple, un article de 2011 co-écrit par le physicien mathématicien de renommée mondiale d'Oxford, Roger Penrose, affirme que «la conscience dépend de calculs quantiques orchestrés biologiquement dans des collections de microtubules à l'intérieur des neurones cérébraux, que ces calculs quantiques sont en corrélation avec l'activité neuronale et la régulent, et que l'évolution continue de Schrödinger de chaque calcul quantique se termine conformément au schéma spécifique Diósi – Penrose (DP) de «réduction objective» de l'état quantique.

"Il y a beaucoup de débats philosophiques en cours sur le fait que le cerveau fonctionne comme un ordinateur quantique", a expliqué Miranda. "Les gens rêvent qu'il est peut-être possible que si nous réussissions à connecter notre cerveau à une machine quantique, nous devenions une extension de la machine ou la machine devienne une extension de notre cerveau."

(Miranda a déclaré qu'il n'était pas personnellement "entièrement convaincu" par l'argument selon lequel les cerveaux agissent comme des ordinateurs quantiques.)

Première étape d'un long voyage

Pour l'instant, une grande partie de cela est lointaine – et lointaine. Des progrès devront être réalisés dans plusieurs domaines : la disponibilité des ordinateurs quantiques (la démonstration décrite précédemment a été réalisée à l'aide d'un ordinateur quantique simulé), l'utilité des algorithmes quantiques, les améliorations continues de la technologie de lecture cérébrale, et bien plus encore.

La prochaine étape, a déclaré le professeur Enrique Solano , participant au projet et directeur du groupe de recherche Technologies quantiques pour les sciences de l'information (QUTIS), est "d'opter pour un ion piégé [ordinateur quantique] ou un basé sur des qubits de spin, qui fonctionnent à température ambiante , et assurer que les temps de latence et de cohérence deviennent compatibles.

Ouvrir cette boîte de Pandore de l'informatique quantique contrôlée par le cerveau va être difficile. Nous parlons d'années avant que cela ne devienne pratique pour plus que quelques démos prometteuses. Mais les plus grandes innovations prennent souvent du temps.

"Le cerveau est l'objet le plus complexe que nous connaissions jusqu'à présent dans l'univers", a déclaré Solano à Digital Trends. "En ce sens, si vous le connectez à une interface primitive, vous devez en accepter un modèle trop simplifié avec des fonctionnalités biologiques et intelligentes minimales."

L'informatique quantique pourrait être la solution à ce problème. Bienvenue sur le Quantum Brain Network, en effet.