El trabajo propone una red neuronal cuántica basada en poblaciones de cúbits cuya actividad colectiva se regula mediante un mecanismo de retroalimentación sináptica

Los investigadores de la Universidad de Granada Joaquín J. Torres Agudo y Elvira Romera Gutiérrez han publicado en la revista Quantum Science and Technology el artículo Dynamic Synaptic Modulation of LMG Qubits Populations in a Bio-Inspired Quantum Brain, un estudio que presenta un marco teórico para desarrollar un modelo de cerebro cuántico inspirado en determinados mecanismos de regulación de las redes neuronales biológicas. En esta propuesta, las poblaciones neuronales se representan mediante cúbits completamente conectados, cuyo comportamiento colectivo está gobernado por el hamiltoniano cuántico de Lipkin-Meshkov-Glick, conocido como modelo LMG.

A este sistema cuántico, los investigadores incorporan una retroalimentación de la eficacia sináptica dependiente de la actividad. El mecanismo está inspirado en modelos de plasticidad sináptica a corto plazo presentes en el cerebro incluyendo los llamados procesos de depresión y facilitación sinápticas. La modulación se encuentra acoplada dinámicamente a la evolución cuántica del sistema, de manera que la actividad colectiva de los cúbits modifica sus interacciones.

Quantum Science and Technology es una revista multidisciplinar y altamente selectiva de IOP Publishing que reúne investigaciones teóricas y experimentales sobre ciencia y tecnologías cuánticas. Entre sus áreas de interés se encuentran la computación, la simulación, la biología y la inteligencia cuánticas.

El trabajo presenta una red neuronal cuántica inspirada en la biología. En ella, las poblaciones neuronales se representan mediante cúbits completamente conectados entre sí, cuyo comportamiento está gobernado por el hamiltoniano cuántico de Lipkin-Meshkov-Glick, conocido como modelo LMG.

El sistema incorpora una retroalimentación de la eficacia sináptica que depende de la actividad y que permite introducir un control homeostático de la poblaciones de los estados colectivos  del conjunto de los cúbits. El modelo relaciona los modos colectivos de un sistema cuántico de muchos cuerpos y su estructura de atractores con la homeostasis de las poblaciones y la generación de ritmos.

Además, plantea tres elementos computacionales escalables: puntos de funcionamiento estables, oscilaciones controlables y una robustez que depende del tamaño del sistema. Según los autores, estas características sitúan las arquitecturas basadas en el modelo LMG como diseños prometedores para futuros cerebros cuánticos bioinspirados implementados en hardware cuántico.

Como posible implementación digital, el modelo puede formularse mediante un protocolo de circuito híbrido cuántico-clásico. En este esquema, la evolución del modelo LMG se implementaría en una capa cuántica, mientras que la retroalimentación sináptica dependiente de la actividad se actualizaría en una capa clásica de control.