Científicos españoles crean un “cerebro cuántico” inspirado en la plasticidad neuronal humana

El estudio ofrece un marco teórico para desarrollar un modelo de cerebro cuántico inspirado en determinados mecanismos de regulación de las redes neuronales biológicas, en concreto la plasticidad sináptica, que favorece el funcionamiento complejo del cerebro humano. Además, abre una nueva vía para explorar arquitecturas de computación bioinspiradas y sistemas cuánticos capaces de aprender y adaptarse.

La Universidad de Granada ha dado a conocer un modelo teórico de “cerebro cuántico” bioinspirado que traslada al lenguaje de la física cuántica uno de los rasgos más característicos del sistema nervioso: la plasticidad sináptica. La misma se sustenta en la interacción entre las neuronas para afrontar nuevos problemas y desafíos.

El estudio se ha publicado en la revista Quantum Science and Technology y propone una red neuronal cuántica capaz de reproducir, al menos en términos matemáticos, ciertos mecanismos de regulación que utilizan las neuronas para ajustarse a la actividad del sistema.

El eje de la propuesta está en representar las poblaciones neuronales mediante cúbits completamente conectados, cuyo comportamiento colectivo se describe con el hamiltoniano cuántico de Lipkin-Meshkov-Glick, conocido como modelo LMG.

Retroalimentación sináptica

Según explica una nota de prensa, a ese sistema se le añade una retroalimentación de la eficacia sináptica dependiente de la actividad, inspirada en los procesos de depresión y facilitación sinápticas que intervienen en la plasticidad a corto plazo del cerebro. Esa modulación cambia dinámicamente la evolución cuántica del conjunto, de modo que la actividad colectiva de los cúbits altera sus interacciones.

Más que una simulación biológica en sentido estricto, la investigación plantea un marco teórico para explorar cómo podrían funcionar arquitecturas cuánticas con propiedades análogas a las de ciertas redes neuronales biológicas.

Los autores señalan que su modelo conecta modos colectivos de muchos cuerpos con la homeostasis de las poblaciones y con la generación de ritmos, dos fenómenos habituales en neurociencia que aquí se reinterpretan dentro de una estructura cuántica. El resultado es una propuesta que intenta tender puentes entre física cuántica, neurociencia teórica e inteligencia cuántica.

Rasgos informáticos

Uno de los puntos más llamativos del trabajo es que no se limita a describir un sistema abstracto, sino que identifica rasgos computacionales potencialmente útiles.

En otras palabras, el modelo sugiere que una red cuántica de este tipo podría mantener ciertos estados de equilibrio, modular sus ritmos internos y resistir mejor las perturbaciones a medida que crece.

Los investigadores presentan estas propiedades como indicios de que las arquitecturas basadas en LMG podrían servir como diseño para futuros cerebros cuánticos bioinspirados, implementados directamente en hardware cuántico.

Un terreno más cercano a la práctica

El trabajo también propone una vía de implementación digital mediante un protocolo híbrido cuántico-clásico. En ese esquema, la dinámica del modelo LMG se ejecutaría en una capa cuántica, mientras que la retroalimentación sináptica se actualizaría en una capa clásica de control.

Esta solución es relevante porque sitúa la propuesta en un terreno más cercano a posibles desarrollos tecnológicos, aunque el propio enfoque sigue siendo fundamentalmente teórico y no describe todavía un dispositivo funcional construido en laboratorio.

El desarrollo se ubica en una línea de investigación cada vez más activa en torno a la llamada inteligencia cuántica, un campo en el que confluyen la computación, la simulación y la biología cuánticas.

Modelos inspirados en la biología

El valor de esta investigación no está en prometer un cerebro cuántico listo para utilizarse, sino en ofrecer un lenguaje nuevo para estudiar cómo podrían organizarse sistemas complejos capaces de aprender, estabilizarse y oscilar de forma controlada.

En ese sentido, el avance se suma a una tendencia más amplia: usar modelos inspirados en la biología para explorar formas alternativas de procesamiento de información en el mundo cuántico.

La idea es ambiciosa, pero también supone que primero es necesario demostrar que las reglas funcionan sobre el papel, y después pensar en su traslado a plataformas físicas reales.

Fuente: Levante - EMV