Vida artificial cuántica en una computadora IBM Quantum. Durante décadas, los científicos informáticos han creado vida artificial para poner a prueba ideas sobre la evolución. Hacerlo en una computadora cuántica podría ayudar a capturar el papel que la mecánica cuántica puede haber desempeñado.
"Presentamos la primera realización experimental de un algoritmo de vida artificial cuántica en una computadora cuántica. El protocolo cuántico biomimético codifica comportamientos cuánticos adaptados que pertenecen a sistemas vivos, a saber, autorreplicación, mutación, interacción entre individuos y muerte, en la computadora cuántica de la nube IBM ibmqx4. En este experimento, el enredo se extiende a través de generaciones de individuos, donde las características de información cuántica genuina se heredan a través de redes genealógicas. Como una prueba de principio pionera, los datos experimentales se ajustan con precisión al modelo ideal. A partir de entonces, estos y otros modelos de vida artificial cuántica, para los cuales ningún dispositivo clásico puede predecir su evolución de supremacía cuántica, pueden explorarse más a fondo en las nuevas generaciones de computadoras cuánticas. Biomiméticos cuánticos, aprendizaje cuántico automático"
Qué papel juega la mecánica cuántica en la maquinaria de la vida? Nadie está seguro, pero en los últimos años, los físicos han comenzado a investigar todo tipo de posibilidades. En el proceso, han reunido evidencia que sugiere que la mecánica cuántica juega un papel importante en la fotosíntesis, en la navegación de aves, y tal vez en nuestro sentido del olfato.
Incluso hay una línea de pensamiento especulativo de que los procesos cuánticos deben haber gobernado el origen de la vida misma y la formulación del código genético. El trabajo para estudiar estas preguntas es continuo e implica una cuidadosa observación de las moléculas de la vida.
Pero hay otra forma de abordar esta cuestión de abajo hacia arriba. Los científicos informáticos llevan tiempo jugando con formas de vida artificial construidas a partir de un código de computadora. Este código vive en un paisaje basado en silicio donde su aptitud se mide en función de algunos criterios de selección.
Se reproduce al combinarse con otro código o mediante la mutación de su propio código. Y el código más apto tiene más descendencia, mientras que el menos apto muere. En otras palabras, el código evoluciona. Los científicos informáticos han utilizado este enfoque para estudiar diversos aspectos de la vida, la evolución y la aparición de la complejidad.
Este es un proceso completamente clásico siguiendo los pasos newtonianos ordinarios, uno después del otro. El mundo real, por otro lado, incluye la mecánica cuántica y los fenómenos extraños que permite. Así surge la pregunta de si la mecánica cuántica puede desempeñar un papel en la evolución e incluso en el origen de la vida misma.
Entonces, un primer paso importante es reproducir este proceso de evolución en el mundo cuántico, creando formas artificiales de vida cuántica. ¿Pero es esto posible?
Hoy recibimos una respuesta gracias al trabajo de Unai Alvarez-Rodriguez y algunos amigos de la Universidad del País Vasco en España. Estos chicos crearon una versión cuántica de la vida artificial por primera vez. Y dicen que sus resultados son los primeros ejemplos de evolución cuántica que les permite a los físicos explorar la forma en que surge la complejidad en el mundo cuántico.
El experimento es simple en principio. El equipo piensa que la vida cuántica consta de dos partes: un genotipo y un fenotipo. Al igual que con la vida basada en el carbono, el genotipo cuántico contiene la información cuántica que describe al individuo: su código genético. El genotipo es la parte de la unidad de vida cuántica que se transmite de una generación a otra.
El fenotipo, por otro lado, es la manifestación del genotipo que interactúa con el mundo real: el "cuerpo" del individuo. "Este estado, junto con la información que codifica, se degrada durante la vida del individuo", dicen Álvarez Rodríguez y compañía.
De modo que cada unidad de la vida cuántica consta de dos qubits: uno que representa el genotipo y el otro el fenotipo. "El objetivo es reproducir los procesos característicos de la evolución darwiniana, adaptados al lenguaje de los algoritmos cuánticos y la computación cuántica", dice el equipo.
El primer paso en el proceso evolutivo es la reproducción. Alvarez-Rodriguez y co hacen esto usando el proceso de enredo, que permite la transmisión de estados cuánticos de un objeto a otro. En este caso, enredan el genotipo qubit con un estado en blanco y luego transfieren su información cuántica.
La siguiente etapa es la supervivencia, que depende del fenotipo. Alvarez-Rodriguez y co hacen esto al transferir un aspecto del estado del genotipo a otro estado en blanco, que se convierte en el fenotipo. El fenotipo luego interactúa con el ambiente y finalmente se disipa.
Este proceso es equivalente al envejecimiento y la muerte, y el tiempo que toma depende del genotipo. Aquellos que viven más tiempo están implícitamente mejor adaptados a su entorno y se reproducen preferentemente en la próxima generación.
Hay otro aspecto importante de la evolución: cómo las personas difieren entre sí. En la evolución ordinaria, la variación ocurre de dos maneras. El primero es a través de la recombinación sexual, donde se combina el genotipo de dos individuos. El segundo es por mutación, donde ocurren cambios aleatorios en el genotipo durante el proceso reproductivo.
Alvarez-Rodriguez y Co emplean este segundo tipo de variación en su mundo cuántico. Cuando la información cuántica se transfiere de una generación a la siguiente, el equipo introduce un cambio aleatorio, en este caso una rotación del estado cuántico. Y esto, a su vez, determina el fenotipo y cómo interactúa con su entorno.
Entonces esa es la teoría. El experimento en sí es complicado porque las computadoras cuánticas todavía están en su infancia. Sin embargo, Alvarez-Rodriguez y compañía han utilizado la IBM QX, una computadora cuántica superconductora en TJ Watson Laboratories de IBM a la que la compañía ha hecho públicamente accesible a través de la nube. La compañía afirma que unas 40,000 personas se han registrado para usar el servicio y han ejecutado conjuntamente unos 275,000 algoritmos cuánticos a través del dispositivo.
Alvarez-Rodriguez y co usaron la versión de cinco qubits de la máquina, que ejecuta algoritmos cuánticos que permiten interacciones de dos qubits. Sin embargo, el sistema impone algunas limitaciones en el proceso de evolución que el equipo desea ejecutar. Por ejemplo, no permite que las variaciones introducidas durante el proceso reproductivo sean aleatorias.
En cambio, el equipo ejecuta el experimento varias veces, presentando una rotación conocida diferente en cada ejecución, y luego mira los resultados juntos. En total, ejecutan el experimento miles de veces para tener una buena idea de los resultados.
En general, los resultados coinciden con las predicciones teóricas con alta fidelidad. "Los experimentos reproducen las propiedades características del escenario de selección natural cuántica buscado", dicen Álvarez Rodríguez y compañía.
Y el equipo dice que las mutaciones tienen un impacto importante en los resultados: "[Ellos] mejoraron significativamente la fidelidad del resultado del algoritmo cuántico". Eso no es tan diferente del mundo clásico, donde las mutaciones ayudan a las especies a adaptarse a los entornos cambiantes.
Por supuesto, hay advertencias importantes. Las limitaciones de la computadora cuántica de IBM plantean preguntas importantes sobre si el equipo realmente ha simulado la evolución. Pero estos problemas deberían ser resueltos en el futuro cercano.
Todo este trabajo es el resultado del largo enfoque del equipo en la vida cuántica. En 2015, informamos sobre el trabajo del equipo en la simulación de la vida cuántica en una computadora clásica . Ahora han dado el primer paso para probar estas ideas en una verdadera computadora cuántica.
Y el futuro se ve brillante. La tecnología informática cuántica está avanzando rápidamente, lo que debería permitirle a Alvarez-Rodriguez y compañía crear vida cuántica en entornos más complejos. IBM, por ejemplo, tiene un procesador de 20 qubits en línea y está probando una versión de 50 qubits.
Eso hará posible una variedad de nuevos experimentos en la vida cuántica. El más obvio incluirá la capacidad de las formas de vida cuántica de interactuar entre sí y quizás reproducirse por recombinación sexual, en otras palabras, mediante la combinación de elementos de sus genotipos. Otra posibilidad será permitir que las formas de vida cuántica se muevan y ver cómo esto influye en sus interacciones y su aptitud para la supervivencia.
Justo lo que surgirá no está claro. Pero Alvarez-Rodriguez y la compañía esperan que sus formas de vida cuántica se conviertan en modelos importantes para explorar el surgimiento de la complejidad en el mundo cuántico.
Eventualmente, eso debería alimentar nuestra comprensión del papel de los procesos cuánticos en las formas de vida basadas en el carbono y el origen de la vida misma. El debate resultante será fascinante de ver.
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Publicación en la que se basa el artículo
https://arxiv.org/abs/1711.09442
"Presentamos la primera realización experimental de un algoritmo de vida artificial cuántica en una computadora cuántica. El protocolo cuántico biomimético codifica comportamientos cuánticos adaptados que pertenecen a sistemas vivos, a saber, autorreplicación, mutación, interacción entre individuos y muerte, en la computadora cuántica de la nube IBM ibmqx4. En este experimento, el enredo se extiende a través de generaciones de individuos, donde las características de información cuántica genuina se heredan a través de redes genealógicas. Como una prueba de principio pionera, los datos experimentales se ajustan con precisión al modelo ideal. A partir de entonces, estos y otros modelos de vida artificial cuántica, para los cuales ningún dispositivo clásico puede predecir su evolución de supremacía cuántica, pueden explorarse más a fondo en las nuevas generaciones de computadoras cuánticas. Biomiméticos cuánticos, aprendizaje cuántico automático"
Traducción ( by google)
Qué papel juega la mecánica cuántica en la maquinaria de la vida? Nadie está seguro, pero en los últimos años, los físicos han comenzado a investigar todo tipo de posibilidades. En el proceso, han reunido evidencia que sugiere que la mecánica cuántica juega un papel importante en la fotosíntesis, en la navegación de aves, y tal vez en nuestro sentido del olfato.
Incluso hay una línea de pensamiento especulativo de que los procesos cuánticos deben haber gobernado el origen de la vida misma y la formulación del código genético. El trabajo para estudiar estas preguntas es continuo e implica una cuidadosa observación de las moléculas de la vida.
Pero hay otra forma de abordar esta cuestión de abajo hacia arriba. Los científicos informáticos llevan tiempo jugando con formas de vida artificial construidas a partir de un código de computadora. Este código vive en un paisaje basado en silicio donde su aptitud se mide en función de algunos criterios de selección.
Se reproduce al combinarse con otro código o mediante la mutación de su propio código. Y el código más apto tiene más descendencia, mientras que el menos apto muere. En otras palabras, el código evoluciona. Los científicos informáticos han utilizado este enfoque para estudiar diversos aspectos de la vida, la evolución y la aparición de la complejidad.
Este es un proceso completamente clásico siguiendo los pasos newtonianos ordinarios, uno después del otro. El mundo real, por otro lado, incluye la mecánica cuántica y los fenómenos extraños que permite. Así surge la pregunta de si la mecánica cuántica puede desempeñar un papel en la evolución e incluso en el origen de la vida misma.
Entonces, un primer paso importante es reproducir este proceso de evolución en el mundo cuántico, creando formas artificiales de vida cuántica. ¿Pero es esto posible?
Hoy recibimos una respuesta gracias al trabajo de Unai Alvarez-Rodriguez y algunos amigos de la Universidad del País Vasco en España. Estos chicos crearon una versión cuántica de la vida artificial por primera vez. Y dicen que sus resultados son los primeros ejemplos de evolución cuántica que les permite a los físicos explorar la forma en que surge la complejidad en el mundo cuántico.
El experimento es simple en principio. El equipo piensa que la vida cuántica consta de dos partes: un genotipo y un fenotipo. Al igual que con la vida basada en el carbono, el genotipo cuántico contiene la información cuántica que describe al individuo: su código genético. El genotipo es la parte de la unidad de vida cuántica que se transmite de una generación a otra.
El fenotipo, por otro lado, es la manifestación del genotipo que interactúa con el mundo real: el "cuerpo" del individuo. "Este estado, junto con la información que codifica, se degrada durante la vida del individuo", dicen Álvarez Rodríguez y compañía.
De modo que cada unidad de la vida cuántica consta de dos qubits: uno que representa el genotipo y el otro el fenotipo. "El objetivo es reproducir los procesos característicos de la evolución darwiniana, adaptados al lenguaje de los algoritmos cuánticos y la computación cuántica", dice el equipo.
El primer paso en el proceso evolutivo es la reproducción. Alvarez-Rodriguez y co hacen esto usando el proceso de enredo, que permite la transmisión de estados cuánticos de un objeto a otro. En este caso, enredan el genotipo qubit con un estado en blanco y luego transfieren su información cuántica.
La siguiente etapa es la supervivencia, que depende del fenotipo. Alvarez-Rodriguez y co hacen esto al transferir un aspecto del estado del genotipo a otro estado en blanco, que se convierte en el fenotipo. El fenotipo luego interactúa con el ambiente y finalmente se disipa.
Este proceso es equivalente al envejecimiento y la muerte, y el tiempo que toma depende del genotipo. Aquellos que viven más tiempo están implícitamente mejor adaptados a su entorno y se reproducen preferentemente en la próxima generación.
Hay otro aspecto importante de la evolución: cómo las personas difieren entre sí. En la evolución ordinaria, la variación ocurre de dos maneras. El primero es a través de la recombinación sexual, donde se combina el genotipo de dos individuos. El segundo es por mutación, donde ocurren cambios aleatorios en el genotipo durante el proceso reproductivo.
Alvarez-Rodriguez y Co emplean este segundo tipo de variación en su mundo cuántico. Cuando la información cuántica se transfiere de una generación a la siguiente, el equipo introduce un cambio aleatorio, en este caso una rotación del estado cuántico. Y esto, a su vez, determina el fenotipo y cómo interactúa con su entorno.
Entonces esa es la teoría. El experimento en sí es complicado porque las computadoras cuánticas todavía están en su infancia. Sin embargo, Alvarez-Rodriguez y compañía han utilizado la IBM QX, una computadora cuántica superconductora en TJ Watson Laboratories de IBM a la que la compañía ha hecho públicamente accesible a través de la nube. La compañía afirma que unas 40,000 personas se han registrado para usar el servicio y han ejecutado conjuntamente unos 275,000 algoritmos cuánticos a través del dispositivo.
Alvarez-Rodriguez y co usaron la versión de cinco qubits de la máquina, que ejecuta algoritmos cuánticos que permiten interacciones de dos qubits. Sin embargo, el sistema impone algunas limitaciones en el proceso de evolución que el equipo desea ejecutar. Por ejemplo, no permite que las variaciones introducidas durante el proceso reproductivo sean aleatorias.
En cambio, el equipo ejecuta el experimento varias veces, presentando una rotación conocida diferente en cada ejecución, y luego mira los resultados juntos. En total, ejecutan el experimento miles de veces para tener una buena idea de los resultados.
En general, los resultados coinciden con las predicciones teóricas con alta fidelidad. "Los experimentos reproducen las propiedades características del escenario de selección natural cuántica buscado", dicen Álvarez Rodríguez y compañía.
Y el equipo dice que las mutaciones tienen un impacto importante en los resultados: "[Ellos] mejoraron significativamente la fidelidad del resultado del algoritmo cuántico". Eso no es tan diferente del mundo clásico, donde las mutaciones ayudan a las especies a adaptarse a los entornos cambiantes.
Por supuesto, hay advertencias importantes. Las limitaciones de la computadora cuántica de IBM plantean preguntas importantes sobre si el equipo realmente ha simulado la evolución. Pero estos problemas deberían ser resueltos en el futuro cercano.
Todo este trabajo es el resultado del largo enfoque del equipo en la vida cuántica. En 2015, informamos sobre el trabajo del equipo en la simulación de la vida cuántica en una computadora clásica . Ahora han dado el primer paso para probar estas ideas en una verdadera computadora cuántica.
Y el futuro se ve brillante. La tecnología informática cuántica está avanzando rápidamente, lo que debería permitirle a Alvarez-Rodriguez y compañía crear vida cuántica en entornos más complejos. IBM, por ejemplo, tiene un procesador de 20 qubits en línea y está probando una versión de 50 qubits.
Eso hará posible una variedad de nuevos experimentos en la vida cuántica. El más obvio incluirá la capacidad de las formas de vida cuántica de interactuar entre sí y quizás reproducirse por recombinación sexual, en otras palabras, mediante la combinación de elementos de sus genotipos. Otra posibilidad será permitir que las formas de vida cuántica se muevan y ver cómo esto influye en sus interacciones y su aptitud para la supervivencia.
Justo lo que surgirá no está claro. Pero Alvarez-Rodriguez y la compañía esperan que sus formas de vida cuántica se conviertan en modelos importantes para explorar el surgimiento de la complejidad en el mundo cuántico.
Eventualmente, eso debería alimentar nuestra comprensión del papel de los procesos cuánticos en las formas de vida basadas en el carbono y el origen de la vida misma. El debate resultante será fascinante de ver.
#1 si quieres recibir positivos, nunca pongas las palabras "traducción" y "google" en la misma frase.