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Una red de átomos puede formar un cerebro cuántico

Una red de átomos individuales puede procesar y almacenar información tal como lo hace el cerebro biológico siguiendo la dinámica de los sistemas cuánticos. Este “cerebro cuántico” gestiona mejor el código binario que los ordenadores actuales.

Investigadores de la Universidad Radboud en Holanda han conseguido conectar una red de átomos individuales que imitan el comportamiento de las neuronas y de sus conexiones sinápticas, según informan en un artículo publicado en la revista Nature Nanotechnology.

De esta forma, han fabricado un prototipo de lo que llaman cerebro cuántico, en el sentido de que cambia de estado físico instantáneamente, tal como ocurre en los sistemas cuánticos y de una manera remotamente parecida en las neuronas biológicas.

Además, el sistema desarrollado en esta investigación es inteligente, ya que aprende de los estímulos del entorno, por lo que posee también una plasticidad semejante a la del cerebro biológico.

Terreno inexplorado

Nunca se había llegado tan lejos en el intento tecnológico de replicar las increíbles capacidades del cerebro natural.

En el pasado se han creado redes neuronales artificiales capaces de reconocer patrones en su entorno y de aprender pautas de comportamiento.

Para ello, necesitan un programa de aprendizaje automático (IA) que regula el procesamiento de información de esas neuronas y el posterior almacenamiento de información en un soporte informático.

Lo más importante de la nueva investigación es que ha creado una red neuronal artificial que no necesita programación informática para imitar el funcionamiento cerebral cuando procesa y almacena información.

Es como si un ordenador no precisara de un sistema operativo para funcionar, porque se encarga de programarse a sí mismo según aprende de los estímulos externos.

Primero con un átomo…

Para llegar a este resultado, lo primero que hicieron los investigadores fue almacenar información en un solo átomo, lo que consiguieron en 2017.

Cuando aplicaron un voltaje al átomo de cobalto, consiguieron que cambiara aleatoriamente entre los valores 0 y 1 del código binario, tal como lo hace una neurona biológica.

El siguiente y sorprendente paso ha sido conseguir el mismo resultado en una red de átomos de cobalto sobre fósforo negro, un material casi idéntico al grafeno y candidato preferido para la fabricación de una nueva era de componentes electrónicos.

En este circuito cerebral cuántico, los investigadores fueron capaces de modelar y conectar los átomos debidamente “informados” entre sí: comprobaron que imitaban el comportamiento autónomo de las neuronas y de las sinapsis cerebrales.

Esquema de funcionamiento del cerebro cuántico en comparación con el cerebro biológico y un ordenador convencional. Radboud University.

Aprende solo

Se habla de comportamiento autónomo porque las conexiones entre nodos del cerebro cuántico cambian de comportamiento según el estado del entorno, algo que también ocurre en el cerebro biológico.

Es decir, el cerebro cuántico es capaz de aprender por sí mismo, sin apoyo alguno de software, para adaptar su reacción a los estímulos externos. Los investigadores no se explican cómo ocurre.

Este resultado podría conseguir una forma mucho más eficiente de almacenar y procesar información, según los investigadores, ya que el cerebro cuántico podría procesar información no sólo en mejores condiciones que los sistemas actuales, sino también con mayor eficiencia energética.

Por este motivo, el equipo de la universidad holandesa se propone ampliar la arquitectura neuromórfica conseguida con otros materiales cuánticos, y descubrir por qué este prototipo de cerebro cuántico muestra estos comportamientos tan sorprendentes como interesantes.

Hacia el cerebro cuántico, con matices

Con este desarrollo, el camino hacia el cerebro cuántico no ha hecho más que comenzar.

Hay que aclarar al respecto que, cuando se habla de cerebro cuántico en este contexto, se refiere al hecho de que se basa en la dinámica de átomos que siguen las leyes de la estructura atómica.

Este descubrimiento no tiene nada que ver con otros intentos científicos de vincular los principios cuánticos del cerebro con el fenómeno de la consciencia, o de explicar la función del cerebro en el marco de la teoría cuántica de campos.

Tampoco con las investigaciones de la Universidad de California en Santa Bárbara, sobre el potencial del cerebro humano para la computación cuántica.

Ni siquiera se está hablando de un sistema de computación cuántica construido con la dinámica atómica cerebral, ya que lo que ha hecho de momento este cerebro cuántico es operar con el código binario y no con cúbits (la unidad de información básica en la computación cuántica).

De momento, solo se está hablando de replicar en una estructura neuromórfica la dinámica cerebral que procesa información, con la finalidad de mejorar la computación actual, sin mencionar siquiera la posibilidad de que pueda en algún momento aproximarse a la lógica difusa propia del cerebro biológico.

Referencia

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

Imagen superior: ilustración de Peter Allen / UCSB.

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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