Een project van de UPV/EHU-universiteit van Baskenland heeft voor het eerst een model van kwantumkunstmatig leven op een kwantumcomputer geïmplementeerd.

De onderzoeksgroep Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), onder leiding van de Ikerbaskische professor Enrique Solano van de afdeling Fysische Chemie van de UPV/EHU, heeft een kwantumbiomimetisch protocol ontwikkeld dat het karakteristieke proces van de darwinistische evolutie reproduceert, aangepast aan de taal van kwantumalgoritmen en kwantumcomputers. De onderzoekers anticiperen op een toekomst waarin machine learning, kunstmatige intelligentie en het kunstmatige leven zelf zullen op kwantumschaal worden gecombineerd.

Eén scenario met kunstmatige intelligentie zou de opkomst kunnen zien van modellen van eenvoudige organismen die in staat zijn om de verschillende levensfasen in een gecontroleerde virtuele omgeving te ervaren. Kwantumcomputers kunnen een kunstmatig levensprotocol mogelijk maken dat kwantumgedrag codeert dat bij levende systemen hoort, inclusief zelfreplicatie, mutatie, interactie tussen individuen, geboorte en dood. De onderzoekers voerden een dergelijk model uit op een IBM ibmqx4 cloud-quantumcomputer.

Dit is de eerste experimentele realisatie op een kwantumcomputer van een algoritme voor kwantumkunstmatig leven volgens de evolutiewetten van Darwin. Het algoritme volgt een protocol dat de onderzoekers biomimetisch noemen, en dat codeert voor kwantumgedragingen die zijn aangepast aan hetzelfde gedrag van levende systemen. Kwantumbiomimetica omvat het reproduceren in kwantumsystemen van bepaalde eigenschappen die exclusief zijn voor levende wezens. De onderzoekers waren er eerder in geslaagd om het leven te imiteren, natuurlijke selectie, leren en geheugen door middel van kwantumsystemen. Dit onderzoek is gericht op het ontwerpen van een set kwantumalgoritmen gebaseerd op de imitatie van biologische processen, die plaatsvinden in complexe organismen, en breng ze over naar een kwantumschaal.

Kwantumkunstmatig leven met een veelbelovende toekomst

In het scenario van kunstmatig leven dat ze hebben ontworpen, een reeks modellen van eenvoudige organismen volbracht de meest voorkomende levensfasen in een gecontroleerde virtuele omgeving, wat bewijst dat microscopische kwantumsystemen in staat zijn om kwantumkenmerken en biologisch gedrag te coderen die normaal worden geassocieerd met levende systemen en natuurlijke selectie.

De modellen werden beschouwd als eenheden van kwantumleven, die elk bestaan ​​uit twee qubits die fungeren als genotype en fenotype, respectievelijk, waarbij het genotype de informatie bevat die het type wooneenheid beschrijft, en deze informatie wordt van generatie op generatie doorgegeven. Daarentegen, het fenotype, de kenmerken die door individuen worden getoond, worden zowel bepaald door genetische informatie als door de interactie van de individuen zelf met de omgeving.

Om de systemen te kunnen beschouwen als organismen van kunstmatig leven, de onderzoekers simuleerden geboorte en evolutie, zelfreplicatie, en interactie tussen mens en omgeving, die geleidelijk het fenotype van het individu degradeert naarmate het ouder wordt en eindigt in een toestand die de dood voorstelt. Het protocol houdt ook rekening met interactie tussen individuen en mutaties, die worden geïmplementeerd in willekeurige rotaties van individuele qubits.

Deze experimentele test vertegenwoordigt de consolidatie van het theoretische raamwerk van kwantumkunstmatig leven in evolutionaire zin, maar naarmate het model wordt opgeschaald naar complexere systemen, het zal mogelijk zijn om nauwkeurigere kwantumemulaties te implementeren met toenemende complexiteit in de richting van kwantumsuprematie, volgens de auteurs.

Op dezelfde manier, ze verwachten dat deze eenheden van kunstmatig leven en hun mogelijke toepassingen ingrijpende gevolgen zullen hebben voor de gemeenschap van kwantumsimulatie en kwantumcomputing in een reeks kwantumplatforms, of het nu gaat om opgesloten ionen, fotonische systemen, neutrale atomen of supergeleidercircuits.

Enrique Solano, directeur van de QUTIS-groep en leider van dit project, zegt, "De basis is gelegd om verschillende niveaus van klassieke en kwantumcomplexiteit aan te pakken. men zou de groei van populaties van kwantumindividuen kunnen beschouwen met gendercriteria, hun levensdoelen zowel als individuen als als groepen, geautomatiseerd gedrag zonder externe controles, kwantumrobotica-processen, intelligente kwantumsystemen, totdat de drempel van kwantumsuprematie die alleen door een kwantumcomputer kan worden bereikt, kan worden overwonnen. Wat er daarna naar boven zou komen, zouden vreselijk riskante vragen zijn, zoals het raden van de microscopische oorsprong van het leven zelf, de intelligente ontwikkeling van individuen en samenlevingen, of het aanpakken van de oorsprong van bewustzijn en dierlijke en menselijke creativiteit. Dit is nog maar het begin; we staan ​​aan het begin van de 21e eeuw en we zullen veel fantasiedromen en vragen hebben waarop we kunnen reageren."