在英国普利茅斯大学的一个房间里，一名博士学生坐在电脑前，闭着眼睛，好像在冥想。他头上戴着一顶黑色泳帽，但实际上是一个脑电图 (EEG) 阅读器，可以感应通过他头皮的电活动。在他面前的监视器上，有一个线框地球仪的图像，上面有两个标记为“1”和“0”的点。在地球的中心，就像一只单针的时钟，是一个在两点之间摆动的箭头。当学生将他的表情从一种放松变为一种睁大眼睛激动的表情时，箭头抽搐并移动。每隔几秒钟，他就会输入一个新数字。

它可能看起来不多（现在，这项工作还处于早期阶段），但它仍然是令人着迷的东西。当学生将他的大脑模式从平静变为充满活力并再次恢复时，他会产生 α 波和 β 波，然后用于操纵模拟的量子比特——量子计算中的基本单位，反映了量子物理学的数学，只使用能量的思想。

“如果你训练自己产生这两种波，那么你可以向计算机发送某种摩尔斯电码，”普利茅斯大学的 Eduardo Miranda 教授说到。“问题是目前生成一个命令需要 8 秒，因为 EEG 非常慢。我们需要大量的处理来分析它。而且这种分析并不是那么准确，所以我们需要不断地检查很多次，看看代码是否真的是这个人想要生成的。”

虽然研究员尝试通过脑机接口进入量子编程世界的想法中看起来不那么可靠。但根据其创建者的说法，这是该团队所谓的量子大脑网络（缩写为 QBraiN）构建的开始，它有潜力做很多值得令人兴奋的事情。

超过其各部分或烤面包机冰箱的总和？

如果你看过目前在科技领域闪闪发光的最激动人心的技术列表，你几乎肯定会遇到脑机接口 (BCI) 和量子计算机这两个术语。

BCI 是一种使用大脑信号控制计算机的一种方式。虽然每个带有手动输入的设备在技术上都是由大脑控制的，尽管通常是通过手指或声音等中介，但 BCI 可以将这些命令发送到外部世界，而无需首先从大脑输出到周围神经或肌肉。

一名学生头上戴了一个脑电图帽。普利茅斯大学

与此同时，量子计算机代表了计算领域的下一件大事。量子计算在 1980 年代首次提出，虽然现在才开始成为技术现实，但量子计算是指一种全新的计算机架构方法。它不仅比现有的经典计算机强大得多，而且还可以实现即使将当今数百万台超级计算机链接在一起也无法实现的事情。如果你相信他们的支持者，他们可以成为我们所知道的摩尔定律不可避免的终结的答案。

然而，虽然 BCI 和量子计算机无疑是历史上同时出现的有前途的技术，但问题是为什么将它们结合在一，这正是来自英国普利茅斯大学、西班牙瓦伦西亚大学和瓦伦西亚大学 的研究人员联盟的想法。塞维利亚、德国的奇普量子和中国的上海大学都在寻求这样做。

但是，采用两种必备技术并将它们结合起来并不总是有效。

技术人员喜欢将有前途的概念或技术混合在一起，他们相信，当他们联合起来时，它们所代表的不仅仅是它们各部分的总和。有时这很有效。正如风险投资家 Andrew Chen 在他的《冷启动问题》一书中所描述的那样，Instagram 利用配备摄像头的智能手机的出现和社交媒体同时强大的网络效应，成为历史上增长最快的应用程序之一。

但是，采用两种必备技术并将它们结合起来并不总是有效。苹果首席执行官蒂姆库克曾打趣说：“你可以将烤面包机和冰箱融合在一起，但你知道，这些东西可能不会让用户满意。”

那么，是什么让大脑控制的量子计算成为前者的一个例子，一个超过其零件总和俱乐部的成员，而不是烤箱冰箱问题的症状呢？在 2022 年初发表的一篇论文中，上述研究人员联盟写道：“我们预见到高度连接的湿件和硬件设备网络的发展，处理经典和量子计算系统，由脑机接口和人工智能介导。这样的网络将涉及非常规的计算系统和人机交互的新模式。”

案例丰富

量子大脑网络最重要的——如果它有效的话，会立即带来变革。应用是它将帮助 BCI 更好地工作。我们的大脑非常复杂，它拥有 1000 亿个神经元，形成了巨大的网络，具有数以亿计的连接，通过微小的电脉冲相互持续通信。今天，科学能够记录大脑各部分交流的方式，从最小的神经元与神经元之间的相互作用到神经元网络之间更大的交流。

但这样做通常涉及高度专业化的技术，例如功能性磁共振成像 (fMRI)，这些技术仅在顶级研究实验室中可用。依赖脑电图这种钝器的脑机接口实验在他们能做的事情上往往比较简单：比如说，决定一个人是在想蓝色还是红色，或者让无人机上下或左右移动。他们缺乏细微差别。

科罗拉多大学博士生 Brendan Depue 正在观察 fMRI 扫描。格伦浅川/丹佛邮报通过盖蒂图片社

米兰达解释说，这种情况现在正在改变。“我们开始获得优质硬件。越来越好的脑电图扫描即将问世。”

不过，更好的脑电波感应硬件只是其中的一部分。打个比方，想象一下在足球场中央放置一个非常精确的麦克风。麦克风非常强大，它能够捕捉到体育场内成千上万球迷发出的每一个声音，无论他们是在大声欢呼还是在悄悄地咀嚼热狗。然而，尽管如此令人印象深刻，但如果没有合适的音频过滤软件，你也将无能为力，只能聆听聚合的、无形的人群噪音。就其本身而言，这样的麦克风无法帮助您确定例如 77A 座位上的人在说什么。

你需要的不仅仅是记录这些信息的能力，还需要对其进行解码并使其有用。并且很快。这就是量子计算可以通过利用其卓越的能力来帮助更好地处理难以想象的数量的脑电脉冲来理解意图和想法发生时所需要的。

“BCI 需要实时控制，”Miranda 继续说道。“我认为量子计算可以提供我们进行这种处理所需的速度……现在我们无法弄清楚我们从脑电图获得的所有这些混乱信息意味着什么。如果可以，那么我们就可以开始对信号进行分类，并标记我们强迫自己产生的某些行为。”

以描绘静脉为背景的大脑网络插图。克里斯·德格劳/数字趋势，盖蒂图片社

也许甚至没有必要努力产生这些行为。正如 Azeem Azhar 在他 2021 年出版的《指数》一书中所写，脑机接口的承诺是能够“在神经活动形成思维之前就从我们的大脑中提取神经活动”。就像 Spotify、Netflix 和 Amazon 采用的推荐系统一样，在我们自己做出决定之前，它试图向我们展示我们想要消费的东西，BCI 也会读取我们几乎没有意识的思维模式并从中推断出有用的信息.

这可能是控制智能家居或机器人，在正确的时刻弹出正确的上下文信息，或者为神经控制的假肢提供更精细的运动。在米兰达多年来一直在研究的宠物用例中，它可以帮助患有闭锁综合症的人更好地与外界快速沟通。

量子元宇宙？

然后有可能使用大脑与量子计算机本身进行交互，而不仅仅是使用它来引导处理。“在未来，有可能影响具有心理状态的量子机器中的量子状态，”米兰达说。“我不会说我们将能够让我们的大脑与量子计算机纠缠在一起，但我们将能够与量子态进行更直接的通信。”

这可能不是以演示的笨拙方式对量子计算机进行编程，而只需考虑所需的输出并让机器立即编写正确的代码。把它想象成叠加类固醇上的进化计算（在其中你陈述一个期望的输出并让机器找出它的创造性路径）。

带有计算机文本滚动人工智能的大脑插图。克里斯·德格劳，盖蒂图片社

该项目的一些研究人员也对创造他们所谓的量子元宇宙的前景感到兴奋。（如果您认为当前常规元宇宙的概念边缘模糊，请尝试将你的头脑围绕在它的量子等价物上！）。不过，不知为何，这个想法很有意义。人工智能研究人员长期以来一直处于想象状态，而且，这支撑了真正人工智能的整个概念——大脑的湿件可以通过硬件和软件重新创建。至少从 1990 年代开始，一些著名的物理学家和数学家就一直在争论，意识的本质实际上是量子的。

例如，世界著名的牛津数学物理学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）在 2011 年合着的一篇论文认为，“意识依赖于大脑神经元内微管集合中的生物协调的量子计算，这些量子计算与神经元活动相关并调节神经元活动，并且每个量子计算的连续薛定谔演化都根据量子态‘客观还原’的特定 Diósi-Penrose (DP) 方案终止。”

米兰达解释说：“有很多哲学辩论说大脑的功能就像一台量子计算机。”“人们梦想着，如果我们设法将我们的大脑与量子机器连接起来，那么我们可能会成为机器的延伸，或者机器会成为我们大脑的延伸。”

但，米兰达说，他个人并不“完全相信”大脑就像量子计算机的说法。

迈出漫长旅程的第一步

就目前而言，这在很大程度上是遥不可及。而且，需要在多个领域取得进展：量子计算机的可用性（前面描述的演示是使用模拟量子计算机进行的）、量子算法的有用性、大脑阅读技术的持续改进等等。

项目参与者、信息科学量子技术 (QUTIS) 研究组主任 Enrique Solano 教授说，下一步是“使用捕获离子 量子计算机]或基于自旋量子位的计算机，它在室温下工作。，并确保延迟和连贯时间变得兼容。”

打开这个由大脑控制的量子计算的潘多拉魔盒将会很困难。我们谈论的是在这变得实用之前的几年，而不仅仅是一些有前途的演示。但最大的创新往往需要时间。

“大脑是迄今为止我们在宇宙中所知道的最复杂的物体，”索拉诺说到。“从这个意义上说，如果你将它与一个原始界面连接起来，你就必须接受一个过于简化的模型，它具有最少的生物和智能特征。”量子计算可能是解决这个问题的方法。

所以，欢迎来到量子大脑网络。

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