영국 플리머스 대학교의 한 연구실에서 박사 학위를 받았다. 한 학생이 명상을 하는 것처럼 눈을 감고 컴퓨터에 앉아 있다. 그의 머리에는 검은색 수영 모자처럼 보이지만 실제로는 그의 두피를 통과하는 전기 활동을 감지하는 뇌파 판독기(EEG)가 있다. 그의 앞에 있는 모니터에는 "1"과 "0"으로 표시된 두 점이 있는 와이어프레임 지구본의 이미지가 있다. 한 손으로 시계처럼 지구의 중심에는 두 점 사이를 진동하는 화살표가 있다. 학생이 이완에서 동요로 표정을 바꾸자 화살이 움찔거리며 움직인다. 몇 초마다 그는 새로운 숫자를 입력한다.

별 것 아닌 것처럼 보일 수도 있지만(지금 당장은 이 작업을 하기에는 아직 초기 단계이다), 그럼에도 불구하고 매력적인 물건이다. 학생이 두뇌 패턴을 차분함에서 활력으로 바뀌었다가 다시 돌아오면, 그는 알파 및 베타 파동을 생성하여 양자 물리학의 수학을 반영하는 시뮬레이션 된 큐비트(양자 컴퓨팅의 기본 단위)를 생각의 힘만 사용하여 조작하는 데 사용한다.

플리머스 대학(University of Plymouth)의 에두아르도 미란다(Eduardo Miranda) 교수는 "이 두 가지 종류의 파동을 생성하도록 자신을 훈련하면 일종의 모스 부호를 컴퓨터에 보낼 수 있다"고 말했다. “문제는 현재 EEG가 매우 느리기 때문에 하나의 명령을 생성하는 데 8초가 걸린다는 것이다. 우리는 그것을 분석하기 위해 많은 처리가 필요하다. 그리고 이 분석은 그렇게 정확하지 않기 때문에 코드가 정말로 그 사람이 만들고 싶어하는 것인지 계속 여러 번 확인해야 한다.”

두뇌-컴퓨터 인터페이스를 통한 양자 프로그래밍 세계의 다소 불안정하고 잠정적인 단계에 오신 것을 환영한다. 제작자에 따르면 팀이 양자 뇌 네트워크 Quantum Brain Network(QBrainN으로 약칭)라고 부르는 것의 구축이 시작되었다. 그리고 흥분할 만한 가치가 있는 많은 일을 할 수 있는 잠재력이 있다.

부품의 합이나 냉장고 토스터기 그 이상일까?

현재 기술 분야에서 반짝이는 가장 흥미로운 기술 목록을 본 적이 있다면 BCI(뇌-컴퓨터 인터페이스) 및 양자 컴퓨터라는 용어를 접했을 것이다.

BCI는 뇌 신호를 사용하여 컴퓨터를 제어하는 방법에 대한 멋진 용어이다. 수동 입력이 있는 모든 장치는 기술적으로 뇌에 의해 제어되지만 일반적으로 손가락이나 음성과 같은 중개자를 통해 이루어진다. BCI를 사용하면 먼저 뇌에서 말초 신경이나 근육으로 출력하지 않고도 이러한 명령을 외부 세계로 보낼 수 있다.

한편 양자 컴퓨터는 컴퓨팅에서 차세대를 대표한다. 1980년대에 처음 제안되었지만 이제 겨우 기술적인 현실이 되기 시작했지만 양자 컴퓨팅은 컴퓨터 아키텍처에 대한 완전히 새로운 접근 방식을 나타낸다. 기존의 기존 컴퓨터보다 훨씬 강력할 뿐만 아니라 오늘날 수백만 대의 슈퍼컴퓨터가 함께 연결되어 있어도 불가능한 일을 달성할 수 있다. 그들의 지지자들을 믿는다면 그들은 우리가 알고 있는 무어의 법칙의 불가피한 종말에 대한 해답이 될 수 있다.

그러나 BCI와 양자 컴퓨터는 의심할 여지없이 역사상 같은 시점에 출현한 유망한 기술이지만, 문제는 왜 이들을 함께 사용하는가 하는 것이다. 영국의 플리머스 대학, 스페인의 발렌시아 대학 및 세비야의 대학, 독일의 Kipu Quantum, 중국의 상하이 대학이 이것을 하려고 한다.

그러나 두 가지 필수 기술을 가져와 결합하는 것이 항상 효과가 있는 것은 아니다.

기술자들은 뭉쳤을 때 각 부분의 합 그 이상을 대표할 것이라는 믿음으로 유망한 개념이나 기술을 함께 섞는 것보다 더 좋아하는 것은 없다. 때때로 이것은 훌륭하게 작동한다. 벤처 자본가 Andrew Chen이 그의 책 The Cold Start Problem에서 설명했듯이 Instagram은 카메라가 장착된 스마트폰의 출현과 소셜 미디어의 강력한 네트워크 효과를 동시에 활용하여 역사상 가장 빠르게 성장하는 앱 중 하나가 되었다.

그러나 두 가지 필수 기술을 가져와 결합하는 것이 항상 효과가 있는 것은 아니다. 팀 쿡 애플 최고경영자(CEO)는 “토스터와 냉장고를 하나로 통합할 수는 있지만, 그런 것들이 사용자를 기쁘게 하지는 않을 것”이라고 말했다.

그렇다면 무엇이 뇌로 제어되는 양자 컴퓨팅을 냉장고 토스터 문제의 징후가 아닌 부품 이상 클럽의 회원인 전자의 예로 만드는 것일까? 2022년 초에 발표된 논문에서 앞서 언급한 연구원 컨소시엄은 다음과 같이 썼다. “우리는 뇌-컴퓨터 인터페이스 및 A.I. 그러한 네트워크에는 비 전통적인 컴퓨팅 시스템과 인간-기계 상호 작용의 새로운 양식이 포함될 것이다.”

풍부한 사용 사례

양자 뇌 네트워크Quantum Brain Network의 가장 중요한 – 그리고 그것이 효과가 있다면 즉시 변혁적인 – 응용 프로그램은 BCI가 더 잘 작동하는 데 도움이 될 것이다. 우리의 뇌는 엄청나게 복잡하다. 그것들은 1000억 개의 뉴런을 자랑하며, 작은 전기 충격을 통해 서로 지속적으로 통신하는 수 천조 개의 연결로 거대한 네트워크를 형성한다. 오늘날 과학은 가장 작은 뉴런 간 상호 작용에서 뉴런 네트워크 간의 대규모 통신에 이르기까지 뇌의 일부가 의사 소통하는 방식을 기록할 수 있다.

그러나 이를 수행하려면 일반적으로 최고의 연구실에서만 사용할 수 있는 fMRI(기능적 자기 공명 영상)와 같은 고도로 전문화된 기술이 필요하다. EEG의 둔탁한 기구에 의존하는 BCI 실험은 할 수 있는 일에서 비교적 단순한 경향이 있다. 예를 들어 사람이 파란색 또는 빨간색을 생각하는지 결정하거나 드론을 위아래 또는 좌우로 움직이게 하는 것이다. 뉘앙스가 부족하다.

그것이 지금 바뀌고 있다고 Miranda가 설명했다. “우리는 좋은 하드웨어에 접근하기 시작했다. 점점 더 나은 EEG 스캔이 나오고 있다.”

더 나은 뇌파 감지 하드웨어는 퍼즐의 한 조각일 뿐이다. 비유로 축구 경기장 한가운데에 매우 정확한 마이크가 있다고 상상해보자. 마이크는 매우 강력하여 핫도그를 크게 환호하든 조용히 먹든 상관없이 경기장에 있는 수천 명의 팬이 만드는 모든 소리를 포착할 수 있다. 그러나 이것이 인상적이기는 하지만 올바른 오디오 필터링 소프트웨어가 없으면 형태가 없는 집합체의 군중 소음을 듣는 것 이상을 할 수 없다. 그러한 마이크 자체로는 예를 들어 77A 좌석에 앉은 사람이 말하는 내용을 파악하는 데 도움이 되지 않는다.

당신에게 필요한 것은 이 정보를 기록하는 능력뿐 아니라 그것을 해독하고 유용하게 만드는 능력이다. 그리고 빨리. 이것은 양자 컴퓨팅이 발생하는 의도와 생각을 이해하는 데 필요한 상상할 수 없는 양의 전기 뇌 자극을 더 잘 처리하는 데 도움이 되는 탁월한 능력을 사용하여 수행할 수 있는 것이다.

Miranda는 “BCI는 실시간 제어가 필요하다. “양자 컴퓨팅이 이 처리를 수행하는 데 필요한 속도를 제공할 수 있다고 생각한다. [현재] 우리는 EEG로 얻은 이 모든 지저분한 정보가 의미하는 바를 파악할 수 없다. 할 수만 있다면 신호를 분류하고 스스로 생성하도록 강요하는 특정 행동에 레이블을 지정할 수 있다.”고 말했다.

아마도 이러한 행동을 일으키기 위해 애쓰는 것은 필요하지 않을 것이다. Azeem Azhar가 2021년 자신의 책 Exponential에서 썼듯이, 뇌-컴퓨터 인터페이스의 약속은 "생각으로 형성되기 전에 머리에서 신경 활동을 뽑아낼 수 있는 것"이다. Spotify, Netflix 및 Amazon에서 사용하는 추천 시스템과 마찬가지로 우리가 스스로 결정하기도 전에 우리가 무엇을 소비하고 싶은 지 보여주려고 하는 것처럼 BCI도 거의 의식하지 않는 사고 패턴을 읽고 유용한 정보를 추론한다.

그것은 스마트 홈이나 로봇을 제어하거나, 적절한 상황에 맞는 정보를 적절한 순간에 표시하거나, 신경 제어 보철물에 보다 세밀한 움직임을 제공할 수 있다. Miranda의 애완동물 사용 사례에서 그가 수년 동안 연구해 온 사례는 집에 갇힌 증후군이 있는 사람들이 외부 세계와 더 빠르게 의사 소통하는 데 도움이 될 수 있다.

양자 메타버스?

그런 다음 두뇌를 사용하여 처리를 부트스트랩하는 것보다 양자 컴퓨터 자체와 상호 작용할 가능성이 있다. Miranda는 "미래에는 정신 상태가 있는 양자 기계에서 양자 상태에 영향을 미칠 수 있다"고 말했다. "나는 우리가 우리의 두뇌를 양자 컴퓨터와 얽힐 수 있다고 말하지는 않겠지만 양자 상태와 더 직접적인 통신을 할 수 있을 것이다."

그것은 시연의 투박한 방식이 아니라 단순히 원하는 출력을 생각하고 기계가 올바른 코드를 즉시 프로그래밍하게 함으로써 양자 컴퓨터를 프로그래밍하는 것일 수 있다. 중첩 스테로이드에 대한 진화 컴퓨팅(원하는 출력을 명시하고 기계가 이에 대한 창의적인 경로를 알아낼 수 있도록 하는 것)처럼 상상해 보자.

프로젝트에 참여한 일부 연구원들은 양자 메타버스(quantum metaverse)라고 부르는 것을 생성할 수 있다는 전망에도 흥분하고 있다. (그리고 일반 메타버스의 현재 개념이 가장자리 주변에서 흐릿하다고 생각한다면 양자적 등가물에 대해 머리를 감아보라!). 어쨌든, 그 아이디어는 일체 포함 많은 의미가 있다.  연구자들은 두뇌의 웻웨어가 하드웨어와 소프트웨어를 통해 재창조될 수 있다고 오랫동안 상상해 왔으며, 실제로 이것은 진정한 인공 지능의 전체 개념을 뒷받침한다. 적어도 1990년대 이래로 몇몇 저명한 물리학자들과 수학자들은 의식의 본성이 사실 양자라고 주장해 왔다.

예를 들어, 세계적으로 유명한 옥스포드 수학 물리학자인 Roger Penrose가 공동 저술한 2011년 논문에서는 “의식은 뇌 뉴런 내의 미세소관 집합체에서 생물학적으로 조율된 양자 계산에 의존하며, 이러한 양자 계산은 뉴런 활동과 상관 관계가 있고 조절하며, 각 양자 계산의 연속적인 슈뢰딩거 진화는 양자 상태의 '객관적 환원'이라는 특정한 Diósi-Penrose(DP) 계획에 따라 종료된다.”

Miranda는 "뇌가 양자 컴퓨터로 기능한다는 철학적 논쟁이 많이 벌어지고 있다"고 설명했다. "사람들은 우리가 뇌를 양자 기계와 연결하면 우리가 기계의 확장이 되거나 기계가 뇌의 확장이 되는 것이 가능할 것이라고 꿈꾸고 있다." (Miranda는 뇌가 양자 컴퓨터처럼 작동한다는 주장에 개인적으로 "완전히 확신"하지 않는다고 말했다.)

긴 여정의 한 단계

현재로서는 이 중 많은 부분이 멀고도 먼 이야기이다. 양자 컴퓨터의 가용성(앞서 설명한 데모는 시뮬레이션 된 양자 컴퓨터를 사용하여 수행됨), 양자 알고리즘의 유용성, 두뇌 읽기 기술의 지속적인 개선 등 여러 영역에서 발전이 이루어져야 한다.

연구 그룹 QUTIS(Quantum Technologies for Information Science)의 책임자인 프로젝트 참가자인 Enrique Solano 교수는 다음 단계는 "실온에서 작동하는 트랩 이온[양자 컴퓨터] 또는 스핀 큐비트 기반 컴퓨터를 사용하는 것"이라고 말했다. 대기 시간과 일관성 시간이 호환되도록 한다."

이 판도라의 두뇌 제어 양자 컴퓨팅 상자를 여는 것은 어려울 것입니다. 우리는 이것이 몇 가지 유망한 데모 이상에서 실용적이 되기까지 몇 년에 대해 이야기하고 있다. 그러나 가장 큰 혁신은 종종 시간이 걸린다.

Solano는 "뇌는 우리가 지금까지 우주에서 알고 있는 가장 복잡한 물체이다. "이런 의미에서 원시 인터페이스와 연결하면 최소한의 생물학적 및 지능적 기능으로 지나치게 단순화된 모델을 수용해야 한다."고 말했다.

양자 컴퓨팅은 그 문제에 대한 해결책이 될 수 있다. 양자 두뇌 네트워크에 오신 것을 환영한다.