Una red neuronal cuántica puede ver ilusiones ópticas como las vemos los humanos

A primera vista, las ilusiones ópticas, la mecánica cuántica y las redes neuronales pueden parecer temas bastante diferentes.

Sin embargo, en una nueva investigación se ha utilizado un fenómeno llamado “tunelización cuántica” para diseñar una red neuronal que puede “ver” ilusiones ópticas de forma muy similar a como lo hacen los humanos.

La red neuronal funcionó bien al simular la percepción humana del famoso cubo de Necker y las ilusiones del jarrón de Rubin, y de hecho mejor que algunas redes neuronales convencionales mucho más grandes utilizadas en la visión artificial.

Este trabajo también puede arrojar luz sobre la cuestión de si los sistemas de inteligencia artificial (IA) pueden realmente lograr algo parecido a la cognición humana.

Las ilusiones ópticas engañan a nuestro cerebro para que vea cosas que pueden ser reales o no.

No entendemos completamente cómo funcionan las ilusiones ópticas, pero estudiarlas puede enseñarnos cómo funcionan nuestros cerebros y cómo a veces fallan, en casos como la demencia y en los viajes espaciales largos.

Los investigadores que utilizan la IA para emular y estudiar la visión humana han descubierto que las ilusiones ópticas plantean un problema.

Si bien los sistemas de visión artificial pueden reconocer objetos complejos como pinturas artísticas, a menudo no pueden comprender las ilusiones ópticas. (Los últimos modelos parecen reconocer al menos algunos tipos de ilusiones, pero estos resultados requieren una mayor investigación).

La investigación aborda este problema con el uso de la física cuántica.

Cuando un cerebro humano procesa información, decide qué datos son útiles y cuáles no.

Una red neuronal imita la función del cerebro utilizando muchas capas de neuronas artificiales que le permiten almacenar y clasificar datos como útiles o no beneficiosos.

Las neuronas se activan mediante señales de sus vecinas.

Imaginemos que cada neurona tiene que trepar por una pared de ladrillos para activarse y las señales de las vecinas la empujan cada vez más alto, hasta que finalmente la supera y alcanza el punto de activación en el otro lado.

En la mecánica cuántica, los objetos diminutos como los electrones a veces pueden atravesar barreras aparentemente impenetrables mediante un efecto llamado “tunelización cuántica”.

En esta red neuronal, la tunelización cuántica permite que las neuronas a veces salten directamente a través de la pared de ladrillos hasta el punto de activación y se activen incluso cuando “no deberían“.

El descubrimiento de la tunelización cuántica en las primeras décadas del siglo XX permitió a los científicos explicar fenómenos naturales como la desintegración radiactiva que parecían imposibles según la física clásica.

En el siglo XXI, los científicos se enfrentan a un problema similar.

Las teorías existentes no logran explicar la percepción, el comportamiento y la toma de decisiones humanas.

Las investigaciones han demostrado que las herramientas de la mecánica cuántica pueden ayudar a explicar el comportamiento y la toma de decisiones humanas.

Si bien algunos han sugerido que los efectos cuánticos desempeñan un papel importante en nuestros cerebros, incluso si no es así, aún podemos encontrar útiles las leyes de la mecánica cuántica para modelar el pensamiento humano.

Por ejemplo, los algoritmos computacionales cuánticos son más eficientes que los algoritmos clásicos para muchas tareas.

Con esto en mente, se quería descubrir qué sucedía si se inyectaban efectos cuánticos en el funcionamiento de una red neuronal.

Cuando vemos una ilusión óptica con dos interpretaciones posibles (como el cubo ambiguo o el jarrón y las caras), los investigadores creen que mantenemos temporalmente ambas interpretaciones al mismo tiempo, hasta que nuestro cerebro decide qué imagen debe verse.

Esta situación se parece al experimento mental de la mecánica cuántica del gato de Schrödinger.

Este famoso escenario describe a un gato en una caja cuya vida depende de la desintegración de una partícula cuántica.

Según la mecánica cuántica, la partícula puede estar en dos estados diferentes al mismo tiempo hasta que la observamos, y por lo tanto el gato también puede estar vivo y muerto simultáneamente.

Se entrenó la red neuronal de efecto túnel cuántico para reconocer las ilusiones del cubo de Necker y del jarrón de Rubin.

Cuando se enfrentó a la ilusión como entrada, produjo una salida de una u otra de las dos interpretaciones.

Con el tiempo, la interpretación que eligió osciló de un lado a otro.

Las redes neuronales tradicionales también producen este comportamiento, pero además, la red produjo algunos resultados ambiguos que oscilaban entre dos resultados seguros, de forma muy similar a cómo nuestros propios cerebros pueden mantener juntas ambas interpretaciones antes de decidirse por una.

En una era de deepfakes y noticias falsas, comprender cómo nuestros cerebros procesan las ilusiones y construyen modelos de la realidad nunca ha sido más importante.

En otras investigaciones, se está explorando cómo los efectos cuánticos también pueden ayudarnos a comprender el comportamiento social y la radicalización de las opiniones en las redes sociales.

A largo plazo, la IA impulsada por la energía cuántica puede eventualmente contribuir al desarrollo de robots conscientes. 

Fuente: AIP