Un paso más hacia el "cerebro cuántico": logran imitar el comportamiento de las neuronas en el cerebro

Un grupo de físicos de la Universidad Radboud, en Países Bajos, que trabajan hacia este llamado "cerebro cuántico", han dado un paso importante al demostrar que pueden modelar e interconectar una red de átomos individuales e imitar el comportamiento autónomo de neuronas y sinapsis en un cerebro.

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Según publican en la revista 'Nature Nanotechnology', la clave de este hallazgo -que "podría ser la base de una generación completamente nueva de computadoras"- reside en un material inteligente capaz de cambiarse físicamente a sí mismo, de una forma similar a cómo funciona el cerebro humano, podría ser la base de una generación completamente nueva de computadoras.

Teniendo en cuenta la creciente demanda mundial de capacidad informática, se necesitan cada vez más centros de datos, todo lo cual deja una huella energética en constante expansión. "Está claro que tenemos que encontrar nuevas estrategias para almacenar y procesar información de una manera energéticamente eficiente", destaca el líder del proyecto, Alexander Khajetoorians, profesor de microscopía de sonda de barrido en la Universidad de Radboud.

Esa idea de construir un "cerebro cuántico" basándose en las propiedades cuánticas de los materiales, según apuntan los científicos, podría ser la base también para futuras aplicaciones en inteligencia artificial. "Esto requiere no solo mejoras en la tecnología, sino también investigación fundamental en enfoques que cambian las reglas del juego", asegura Khajetoorians en un comunicado de la universidad.

Para que la inteligencia artificial funcione, un ordenador debe ser capaz de reconocer patrones en el mundo y aprender nuevos. Hoy en día, los ordenadores son capaces de hacerlo, pero a través de un software de aprendizaje automático que controla el almacenamiento y el procesamiento de la información en un disco duro a parte.

"Hasta ahora, esta tecnología, que se basa en un paradigma centenario, funcionó suficientemente. Sin embargo, al final, es un proceso que consume mucha energía", reconoce el coautor Bert Kappen, profesor de redes neuronales e inteligencia de máquinas.

El objetivo de los investigadores, por tanto, era averiguar si una pieza de hardware podría hacer lo mismo sin la necesidad de ese software de aprendizaje. Así, descubrieron que, si construían una red de átomos de cobalto en fósforo negro, eran capaces de crear un material que almacena y procesa la información de una manera muy parecida a la del cerebro "y, lo que es aún más sorprendente, se adapta a sí mismo", señala la Universidad de Radboud.

Átomos autoadaptables

Ya en 2018, Khajetoorians y sus colaboradores demostraron que es posible almacenar información en el estado de un solo átomo de cobalto. Descubrieron que, si aplicaban un voltaje al átomo , podrían inducir el "disparo" por el que el átomo se desplaza entre un valor de 0 y 1 al azar, de la misma forma que lo hace una neurona. 

Lo que han descubierto ahora, poco más de dos años después, es la forma de crear conjuntos personalizados de esos átomos, constatando que -igual que de forma individual, los "disparos" actúan de una forma similar a una neurona-, el comportamiento de disparo de esos conjuntos imita al de un modelo similar al cerebro, utilizado actualmente para inteligencia artificial.

Pero este no fue el único hallazgo de los científicos. A parte de analizar el comportamiento de las neuronas de impulsos ("spiking neurons"), fueron capaces de crear la sinapsis (conexión entre dos neuronas) más pequeña conocida hasta la fecha. Todo ello, sin saberlo. Observaron que estos conjuntos de átomos tenían una propiedad adaptativa inherente: sus sinapsis adaptaban y cambiaban su comportamiento dependiendo de la entrada que "veían".

"Al estimular el material durante un período de tiempo más largo con un cierto voltaje, nos sorprendió mucho ver que las sinapsis realmente cambiaron. El material adaptó su reacción en base a los estímulos externos que recibió. Aprendió por sí solo", explica Khajetoorians.

Explorando y desarrollando el cerebro cuántico

Los investigadores ahora planean ampliar el sistema y construir una red más grande de átomos, así como sumergirse en nuevos materiales "cuánticos" que se pueden usar. Además, deben comprender por qué la red de átomos se comporta como lo hace. "Estamos en un estado en el que podemos comenzar a relacionar la física fundamental con conceptos en biología, como la memoria y el aprendizaje", avanza Khajetoorians.

"Si eventualmente pudiéramos construir una máquina real a partir de este material, podríamos construir dispositivos informáticos de autoaprendizaje que sean más eficientes energéticamente y más pequeños que los ordenadores actuales, asevera el líder del proyecto. "Sin embargo, solo cuando entendamos cómo funciona -y eso sigue siendo un misterio- podremos ajustar su comportamiento y comenzar a desarrollarlo en una tecnología. Es un momento muy emocionante", concluye.