Kvante kunstigt liv skabt på skyen

Et projekt fra UPV/EHU-Universitetet i Baskerlandet har for første gang implementeret en model for kvantekunstigt liv på en kvantecomputer.

Forskergruppen Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), ledet af den ikerbaskiske professor Enrique Solano fra UPV/EHU's Institut for Fysisk Kemi, har udviklet en kvantebiomimetisk protokol, der gengiver den karakteristiske proces for darwinistisk evolution tilpasset sproget for kvantealgoritmer og kvanteberegning. Forskerne forventer en fremtid, hvor maskinlæring, kunstig intelligens og kunstigt liv i sig selv vil blive kombineret på en kvanteskala.

Et scenarie med kunstig intelligens kunne se fremkomsten af ​​modeller af simple organismer, der er i stand til at opleve livets forskellige faser i et kontrolleret virtuelt miljø. Kvantecomputere kunne muliggøre en kunstig livsprotokol, der koder kvanteadfærd, der tilhører levende systemer, herunder selvreplikation, mutation, interaktion mellem individer, fødsel og død. Forskerne udførte en sådan model på en IBM ibmqx4 sky kvantecomputer.

Dette er den første eksperimentelle realisering på en kvantecomputer af en kvantekunstig livsalgoritme, der følger Darwins evolutionslove. Algoritmen følger en protokol, som forskerne omtaler som biomimetisk, og som koder for kvanteadfærd tilpasset den samme adfærd i levende systemer. Kvantebiomimetik involverer reproduktion i kvantesystemer af visse egenskaber, der er eksklusive for levende væsener. Forskerne havde tidligere formået at efterligne livet, naturlig selektion, indlæring og hukommelse ved hjælp af kvantesystemer. Denne forskning er rettet mod at designe et sæt kvantealgoritmer baseret på efterligning af biologiske processer, som finder sted i komplekse organismer, og overføre dem til en kvanteskala.

Kvante kunstigt liv med en lovende fremtid

I scenariet med kunstigt liv, som de designede, et sæt modeller af simple organismer, der opnåede de mest almindelige faser af livet i et kontrolleret virtuelt miljø, beviser, at mikroskopiske kvantesystemer er i stand til at kode kvantekarakteristika og biologisk adfærd, der normalt er forbundet med levende systemer og naturlig udvælgelse.

Modellerne blev betragtet som enheder af kvanteliv, som hver især består af to qubits, der fungerer som genotype og fænotype, henholdsvis, hvor genotypen indeholder de oplysninger, der beskriver typen af ​​boligenhed, og denne information overføres fra generation til generation. Derimod fænotypen, de karakteristika, som individer udviser, bestemmes af genetisk information såvel som af individernes interaktion med omgivelserne.

At kunne betragte systemerne som organismer af kunstigt liv, forskerne simulerede fødsel og evolution, selvreplikation, og interaktion mellem individer og miljø, som gradvist nedbryder individets fænotype, efterhånden som det ældes og ender i en tilstand, der repræsenterer døden. Protokollen overvejer også interaktion mellem individer såvel som mutationer, som implementeres i tilfældige rotationer af individuelle qubits.

Denne eksperimentelle test repræsenterer konsolideringen af ​​den teoretiske ramme for kvantekunstigt liv i evolutionær forstand, men da modellen skaleres op til mere komplekse systemer, det vil være muligt at implementere mere nøjagtige kvanteemuleringer med voksende kompleksitet hen imod kvanteoverherredømme, ifølge forfatterne.

På samme måde, de forventer, at disse enheder af kunstigt liv og deres mulige anvendelser vil have dybtgående implikationer for fællesskabet af kvantesimulering og kvanteberegning i en række kvanteplatforme, om fangede ioner, fotoniske systemer, neutrale atomer eller superlederkredsløb.

Enrique Solano, direktør for QUTIS-gruppen og leder af dette projekt, siger, "Basiserne er etableret for at adressere forskellige niveauer af klassisk og kvantekompleksitet. F.eks. man kunne overveje væksten af ​​populationer af kvanteindivider med kønskriterier, deres livsmål både som individer og som grupper, automatiseret adfærd uden ekstern kontrol, kvanterobotprocesser, intelligente kvantesystemer, indtil tærsklen for kvanteoverherredømme, som kun kunne nås af en kvantecomputer, kan overvindes. Hvad der ville dukke op efter det ville være frygtelig risikable spørgsmål, såsom at gætte den mikroskopiske oprindelse af selve livet, den intelligente udvikling af individer og samfund, eller adressering af oprindelsen af ​​bevidsthed og dyrs og menneskers kreativitet. Dette er kun begyndelsen; vi er i begyndelsen af ​​det 21. århundrede, og vi vil have mange fantasidrømme og spørgsmål, som vi vil være i stand til at svare på."