Científicos dan el primer paso para crear un cerebro cuántico

Un material inteligente a base de átomos de cobalto es capaz de aprender mientras se producen cambios físicos en él de forma similar a como funciona el cerebro humano

El cerebro cuántico propuesto tiene la capacidad de almacenar y gestionar datos igual que una inteligencia artificial pero solo con un material Archivo

Patricia Biosca

02/02/2021
Actualizado a las 10:22h.

«El cerebro no es, en modo alguno, una máquina que recibe instrucciones, como un ordenador. El cerebro es más bien como una selva tropical en la que abundan el crecimiento , la decadencia, la competición, la diversidad y la selección». Así describía el Nobel ... de Biología Gerald Edelman el órgano más complejo de nuestro cuerpo y al que llevamos décadas intentando emular con nuestra tecnología. Las redes neuronales artificiales , capaces de aprender por sí mismas, son un vago reflejo de lo que ocurre cada segundo dentro de nuestra cabeza: necesitan de un equipo físico ( hardware ) y una serie de instrucciones ( software ) para que todo funcione. Por el contrario, el cerebro cambia, se transforma continuamente, respondiendo a cada estímulo desde un todo que aprende de manera autónoma. Ahora, físicos de la Universidad de Radboud (Países Bajos) han creado un material inteligente que imita este comportamiento: es capaz de aprender mientras va transformándose físicamente.

Sus creadores, que acaban de publicar sus conclusiones en la revista « Nature Nanotechnology », han llamado al sistema « cerebro cuántico », ya que han demostrado que su prototipo de material cuántico a base de átomos de cobalto puede modelar e interconectar una red de átomos individuales e imitar el comportamiento autónomo de neuronas y sinapsis del cerebro humano.

«Este estudio nos ha requerido no solo mejorar la tecnología, sino enfoques disruptivos en investigación fundamental que cambiasen las reglas del juego. La idea de construir un 'cerebro cuántico' basado en las propiedades cuánticas de los materiales podría ser la base para una solución futura para aplicaciones en inteligencia artificial», explica Alexander Khajetoorians , profesor de microscopía en la Universidad de Radboud y autor principal del estudio.

Hardware que también hace de software

Para que la inteligencia artificial funcione, un ordenador tiene que ser capaz de reconocer patrones y aprender nuevos. A día de hoy, los sistemas hacen estos ejercicios a través de un software de aprendizaje automático que controla el almacenamiento y procesamiento de información en un disco duro separado , llamado hardware. «Hasta ahora, esta tecnología, que se basa en un paradigma centenario, ha sido suficiente. Pero es un proceso que consume mucha energía», apunta Bert Kappen , profesor de redes neuronales e inteligencia de máquinas y coautor del estudio.

La pregunta de los físicos de Radboud era si podrían conseguir un prototipo de hardware que pudiera hacer lo mismo sin software. Descubrieron que al crear una red de átomos de cobalto sobre fósforo negro pudieron construir un material que almacena y procesa información de manera similar al cerebro y, lo que es aún más sorprendente, se adapta a sí mismo.

Átomos autoadaptables

En 2018, Khajetoorians y su equipo demostraron que es posible almacenar información en el estado de un solo átomo de cobalto . Aplicando un voltaje determinado al átomo, podrían inducir el «disparo» donde el átomo se desplaza al azar entre el valor de 0 y 1, como en una neurona. Ahora han creado un chip de un centímetro de longitud que alberga siete átomos que pueden «comunicarse» entre sí , como las sinapsis de las neuronas. Algo parecido a lo que hace nuestro cerebro, pero albergando unas cien mil millones de neuronas por persona.

Pero lo sorprendente es que consiguieron ver algo más: estos conjuntos tenían una propiedad adaptativa inherente, es decir, sus sinapsis cambiaban dependiendo de la entrada que «percibieron». «Al estimular el material durante un período de tiempo más largo con un cierto voltaje, nos sorprendió mucho ver que las sinapsis cambiaban. El material adaptó su reacción en base a los estímulos externos que recibió. Aprendió por sí solo », afirma Khajetoorians.

Es decir, este material hace algo más que almacenar información: «También simula en su comportamiento dinámico un modelo fundamental utilizado en el aprendizaje automático, para la computación similar al cerebro. Ese modelo es la máquina de Boltzmann », señala el autor, quien explica que este mecanismo es una red de átomos que cambian entre dos estados, pero no de forma aleatoria, sino sincronizada, «según la memoria del sistema y el estímulo que apliquemos».

El misterio que queda: ¿Cómo funciona realmente?

Los investigadores ahora planean ampliar el sistema y construir una red más grande de átomos , así como probar nuevos materiales «cuánticos» en experimentos similares. Pero, sobre todo, intentarán comprender por que la red de átomos se comporta como lo hace. «Ahora podemos empezar a relacionar conceptos de la física fundamental con otros biológicos, como la memoria y el aprendizaje», asegura el autor.

«Si pudiéramos construir una máquina real a partir de este material, seríamos capaces de crear dispositivos informáticos de inteligencia artificial que sean más eficientes y más pequeños que los ordenadores actuales», continúa. Todo esto, en un mundo donde se está creando un monstruoso volumen de datos, los dispositivos que consigan reducir tamaño pero incrementar la gestión de información, serán claves. «Sin embargo, solo cuando entendamos cómo funciona, y eso sigue siendo un misterio, podremos ajustar su comportamiento y comenzar a desarrollarlo en una tecnología . Se trata de un momento muy emocionante ».