Vida artificial en un ordenador cuántico IBM

Investigación UPV/EHU

El grupo de investigación Quantum Technologies for Information Science (QUTIS), liderado por el Profesor Ikerbasque Enrique Solano del Departamento de Química Física de la UPV/EHU ha desarrollado un protocolo de biomimética que reproduce los procesos característicos de la evolución darwiniana adaptado a la computación cuántica. Los investigadores prevén que en el futuro se conjugarán el autoaprendizaje de las máquinas, la inteligencia artificial y la vida artificial a escala cuántica.

En un escenario de vida artificial los modelos de organismos simples serían capaces de experimentar las diferentes etapas de la vida en un entorno virtual controlado. Eso es lo que ha diseñado el grupo QUTIS pero en un escenario de ordenadores cuánticos: un protocolo de vida artificial, que codifica comportamientos propios de sistemas vivos, como la autorreplicación, la mutación, la interacción entre individuos, el nacimiento, la muerte, y lo ha ejecutado en el ordenador cuántico en la nube de IBM ibmqx4.

Se trata de la primera realización experimental de un algoritmo de vida artificial siguiendo las leyes evolutivas de Darwin en un ordenador cuántico. El algoritmo sigue un protocolo biomimético, que codifica comportamientos cuánticos simulando los mismos comportamientos de los sistemas vivos. La biomimética cuántica consiste en reproducir en sistemas cuánticos algunas propiedades exclusivas de los seres vivos, y este grupo de investigación anteriormente había conseguido imitar mediante sistemas cuánticos la vida, la selección natural, el aprendizaje y la memoria. El objetivo de esta investigación es, tal como relatan los propios autores, “diseñar una serie de algoritmos cuánticos basados en la imitación de procesos biológicos, que se dan en organismos complejos, y llevarlos a la escala cuántica, por lo que solamente tratamos de imitar los aspectos claves de estos procesos”.

En el escenario de vida artificial que han diseñado, una serie de modelos de organismos simples son capaces de llevar a cabo las fases más comunes de la vida en un entorno virtual controlado,. Los investigadores han probado que los sistemas cuánticos microscópicos pueden codificar características cuánticas y comportamientos biológicos que normalmente se asocian con sistemas vivos y la selección natural.

Los modelos de organismo se han diseñado como unidades de vida cuántica, cada una compuesta por dos cúbits, que hacen las veces de genotipo y fenotipo, respectivamente,. El genotipo contiene la información que describe el tipo de unidad viviente, información que se transmite de generación en generación, mientras que el fenotipo, las características que muestran efectivamente los individuos, viene determinado tanto por la información genética como por la interacción de los propios individuos con el medioambiente.

Las características básicas de la evolución darwiniana que han simulado con estos sistemas, para poder considerarlos como organismos de vida artificial, han sido el nacimiento, el desarrollo, la autorreplicación (que incluye las mutaciones, que se materializan en rotaciones al azar de cúbits individuales), la interacción entre los individuos y con el medioambiente. Esta interacción va degradando el fenotipo del individuo conforme va avanzando en edad hasta que llega a un estado que representa la muerte.

Esta prueba experimental representa la consolidación del marco teórico de la vida artificial cuántica en un sentido evolutivo, pero conforme vayan escalando el modelo a sistemas más complejos, podrán “realizar emulaciones cuánticas más precisas con una complejidad creciente hacia la supremacía cuántica”, tal como comentan los autores.

De la misma forma, esperan que estas unidades de vida artificial y sus posibles aplicaciones tengan profundas implicaciones en la comunidad de la simulación cuántica y la computación cuántica en diversidad de plataformas cuánticas, sean iones atrapados, sistemas fotónicos, átomos neutros o circuitos superconductores.

Según Enrique Solano “se han sentado las bases para plantearse diferentes niveles de complejidad clásica y cuántica. Por ejemplo, se podría considerar el crecimiento de poblaciones de individuos cuánticos con criterios de género, sus objetivos vitales tanto individuales como colectivos, comportamientos automatizados sin control externos, procesos de robótica cuántica, sistemas cuánticos inteligentes, hasta llegar a superar el umbral de la supremacía cuántica donde solo un ordenador cuántico podría llegar. A partir de allí surgen preguntas terriblemente arriesgadas como conjeturar el origen microscópico de la vida misma, el desarrollo inteligente de los individuos y sus sociedades, o plantearse el origen de la conciencia y la creatividad animal y humana. Esto es solo el principio, estamos a inicios del siglo XXI y tendremos muchos sueños y preguntas fantásticas que podremos responder”.

Referencia:

U. Alvarez-Rodriguez, M. Sanz, L. Lamata, E. Solano (2018) Quantum Artificial Life in an IBM Quantum Computer Scientific Reports doi: 10.1038/s41598-018-33125-3

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa

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