MATEMÁTICAS, FÍSICA Y QUÍMICA: Física

Crean vida artificial cuántica en la nube

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Comportamientos tan propios de los sistemas vivos, como nacer, interaccionar, mutar, autorreplicarse y morir se pueden reproducir en el mundo cuántico. Investigadores de la Universidad del País Vasco han diseñado un algoritmo cuántico de vida artificial que sigue las leyes evolutivas de Darwin, y lo han puesto en marcha en el ordenador IBM QX4 a través de la nube, codificando en forma de cúbits el genotipo y el fenotipo de los organismos cuánticos.

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SINC | | 15 noviembre 2018 12:00

<p>La línea IBM Q es una plataforma que brinda a sus usuarios el acceso, a través de la nube, a prototipos de procesadores cuánticos de IBM, como el que han usado los investigadores para crear vida artificial cuántica. / IBM</p>

La línea IBM Q es una plataforma que brinda a sus usuarios el acceso, a través de la nube, a prototipos de procesadores cuánticos de IBM, como el que han usado los investigadores para crear vida artificial cuántica. / IBM

Imaginen un escenario de vida artificial, donde modelos de organismos simples son capaces de experimentar las diferentes etapas de la vida, tal y como la conocemos, en un entorno virtual controlado. 

Eso es lo que ha diseñado el grupo de investigación Quantum Technologies for Information Science (QUTIS) de la Universidad del País Vasco, pero en un escenario de ordenadores cuánticos: un protocolo de vida artificial, que codifica comportamientos cuánticos y biológicos propios de sistemas vivos, como la autorreplicación, la mutación, la interacción entre individuos, el nacimiento y la muerte.

Además lo ha ejecutado en el ordenador cuántico IBM QX4. La línea IBM Q es una plataforma on line que brinda a sus usuarios el acceso a un conjunto de prototipos de procesadores cuánticos de IBM a través de la nube.

Se trata de la primera realización experimental de un algoritmo cuántico de vida artificial siguiendo las leyes evolutivas de Darwin en una computadora cuántica

Se trata de la primera realización experimental de un algoritmo cuántico de vida artificial siguiendo las leyes evolutivas de Darwin en una computadora cuántica. El algoritmo sigue un protocolo llamado por los investigadores biomimético, que codifica comportamientos cuánticos adaptados a los mismos comportamientos de los sistemas vivos.

La biomimética cuántica consiste en reproducir en sistemas cuánticos algunas propiedades exclusivas de los seres vivos, un campo en el que este grupo de investigación ya había conseguido imitar la vida, la selección natural, el aprendizaje y la memoria mediante la vía cuántica.

El objetivo de este estudio, publicado en la revista Scientific Reports, ha sido “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”. según los autores.

En su escenario de vida artificial, 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, y 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.

Dos cúbits para el genotipo y el fenotipo 

Los modelos de organismo diseñados los han acuñado como unidades de vida cuántica, cada una de las cuales está 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, y esta información se transmite de generación en generación, mientras que el fenotipo, las características que muestran los individuos, vienen determinadas tanto por la información genética como por la interacción de los propios individuos con el medioambiente.

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Cada unidad de vida cuántica está compuesta por dos cúbits, que hacen las veces de genotipo y fenotipo. / IBM

Para poder considerarlos como organismos de vida artificial, se han simulado las características básicas de la evolución darwiniana del nacimiento y su evolución, la autorreplicación, la interacción entre los individuos y el medioambiente, la cual va degradando el fenotipo del individuo conforme va avanzando en la edad, y termina en un estado que representa la muerte.

El protocolo también considera la interacción entre individuos, así como las mutaciones, que se materializan en rotaciones al azar de cúbits individuales.

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”, apuntan los autores.

Aplicaciones de las unidades de vida artificial

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, director del grupo QUTIS y líder de este proyecto, "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 –añade–, 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 el comienzo, estamos a inicios del siglo XXI y tendremos muchos sueños y preguntas fantásticas que podremos responder”.

Los investigadores prevén que en el futuro se conjugarán el autoaprendizaje de las máquinas, la inteligencia artificial y la vida artificial en escala cuántica. Este trabajo es tan solo el principio.

Referencia bibliográfica:

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

Zona geográfica: España
Fuente: UPV/EHU

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