Komputasi
Apakah Otak Merupakan Komputer Kuantum? Wawasan Baru Mengatakan Mungkin Begitu
Otak Sebagai Jam atau Komputer?
Kesadaran, tingkat pemikiran yang lebih tinggi, dan cara kerja otak masih menjadi misteri hingga hari ini. Sepanjang sejarah, fungsi pikiran manusia telah dilihat melalui berbagai analogi, biasanya menggunakan teknologi paling maju pada masanya.
Orang Yunani Kuno melihatnya sebagai jam air. Pemikir-pemikir kemudian percaya bahwa otak digerakkan oleh pergerakan cairan tubuh, kemudian jam mekanik, kemudian rangkaian listrik. Hari ini, kita melihatnya sebagai komputer yang sangat kuat yang digerakkan oleh sinyal listrik, dengan setiap neuron seperti transistor biologis.
Dalam praktiknya, tidak ada penjelasan ini, termasuk “komputer biologis”, yang sepenuhnya menjelaskan cara kerja otak.
Misalnya, kapasitas komputasi otak beroperasi hanya dengan 12-25 watt daya listrik, hampir cukup untuk menyalakan sebuah lampu LED. Sebaliknya, satu chip AI dari Nvidia mengonsumsi 250-700W untuk kapasitas “pemikiran” yang jauh lebih kecil.
Juga tidak jelas apakah “lebih banyak daya komputasi” sebenarnya merupakan jawaban untuk menghasilkan pemikiran kompleks dan penalaran abstrak yang melampaui sekadar menebak seperti yang dilakukan LLM (Model Bahasa Besar) saat ini.
Ini sebabnya teori lain telah diusulkan, terutama bahwa efek kuantum bertanggung jawab atas munculnya kesadaran.
Apakah Otak Kuantum?
Dukungan Penrose
Ada sebuah teori yang disebut “kesadaran kuantum”, yang menyatakan bahwa fungsi otak dan kesadaran berasal dari efek kuantum seperti runtuhnya fungsi gelombang kuantum.
Ini adalah bagian aneh dari fisika kuantum, di mana partikel beralih dari keadaan dengan properti simultan ke keadaan yang lebih “normal” di mana mereka memiliki satu karakteristik yang terdefinisi. Hal ini terkenal melalui konsep kucing Schrödinger.
Sumber: Wikipedia
Teori kesadaran kuantum telah dipromosikan oleh Sir Roger Penrose, fisikawan terkenal yang memenangkan Penghargaan Nobel Fisika pada tahun 2020, untuk karya beliau dalam astrofisika dan pemodelan matematis lubang hitam.
Sumber: Penghargaan Nobel
Meskipun ia berada di luar bidang keahliannya secara langsung, reputasi Penrose sebagai jenius kelas dunia memberi perhatian pada ide ini.
Perhitungan Mikrotubulus
Teori Penrose berpusat pada struktur dalam neuron yang disebut mikrotubulus, yang membentuk “kerangka” sel. Struktur ini penting dalam melakukan perhitungan yang pada akhirnya menghasilkan kesadaran. Ide ini pertama kali dipublikasikan pada tahun 1996.
Teori ini juga menjelaskan bagaimana anestesi umum bekerja, sebuah pertanyaan yang masih terbuka meskipun telah digunakan hampir satu abad. Ia bekerja dengan mengganggu efek kuantum pada tubulin, memblokir kesadaran tetapi tidak aktivitas otak yang tidak sadar.
Anda juga dapat menonton Sir Penrose menjelaskan teorinya sendiri dalam video berdurasi 42 menit ini:
Kritik
Gagasan komputasi kuantum yang terjadi di otak langsung dikritik oleh sebagian besar komunitas ilmiah. Masalah utama adalah bahwa keterikatan kuantum dan runtuhnya fungsi gelombang kuantum hanya dapat diamati dalam lingkungan yang sangat khusus, biasanya dengan elemen murni, vakum, dan/atau suhu sangat rendah, seringkali hanya beberapa derajat di atas nol mutlak.
Ini juga merupakan jenis kondisi yang saat ini diperlukan untuk komputer kuantum, seperti yang kami jelaskan dalam artikel kami tentang topik tersebut: “Keadaan Saat Ini dari Komputasi Kuantum”.
Otak organik akan terlalu hangat dan terlalu kompleks sebagai medium untuk melakukan perhitungan kuantum apa pun.
Serangkaian Penemuan Kuantum di Otak
Gagasan bahwa tidak ada fenomena kuantum yang dapat terjadi dalam konteks berantakan materi organik semakin banyak ditantang.
Kami sudah menduga bahwa indera magnetik burung, yang memungkinkan mereka menentukan arah utara dan bermigrasi, terkait dengan efek kuantum semacam itu.
Ketika radikal ini akhirnya bereaksi, hasilnya akan bergantung pada kekuatan dan orientasi medan magnet. Pemikiran bahwa burung sensitif terhadap hal ini dengan cara yang memungkinkan mereka membedakan utara dari selatan. Proses ini sangat kuantum karena elektron pasangan radikal terikat, yang berarti mereka berperilaku sebagai satu objek kuantum, meskipun berada pada jarak tertentu.
Musser, ”Teori kesadaran radikal?”
Pengukuran Terkini
Pada tahun 2022, sebuah percobaan tampaknya menunjukkan bahwa sinyal kuantum di otak berkorelasi dengan “potensial yang dipicu detak jantung” (HEPs). Ini dapat menunjukkan bahwa keterikatan kuantum mungkin terjadi dalam tubuh manusia.
(Keterikatan kuantum adalah ketika 2 partikel berpasangan, dan dapat “berkomunikasi” satu sama lain, bahkan tanpa sinyal dan lebih cepat daripada kecepatan cahaya).
Baru-baru ini, pada April 2024, wawasan baru tentang otak menunjukkan bahwa setidaknya beberapa efek kuantum dapat ada di neuron, yang sebelumnya dianggap tidak mungkin.
Lebih tepatnya, itu adalah fenomena yang disebut superradiansi. Dalam publikasi berjudul “Ultraviolet Superradiance from Mega-Networks of Tryptophan in Biological Architectures”, mereka menunjukkan bahwa struktur besar yang dibangun dari asam amino triptofan, seperti tubulin neuron, dapat menampilkan superradiansi.
Sumber: Publikasi ACS
Penampilan efek kuantum stabil dari struktur skala mikron semacam ini belum pernah terjadi sebelumnya, terutama untuk material yang sekadar kompleks dan “berisik” seperti molekul biologis dalam sel hidup.
Mungkin lebih jauh lagi, beberapa ilmuwan mengusulkan bahwa ingatan dalam otak organik diciptakan melalui sistem holografik yang menggunakan superradiansi.
Jadi, Apakah Otak Merupakan Superkomputer Kuantum?
Masih terlalu dini untuk memastikan. Namun, dengan penemuan superradiansi pada tubulin, argumen utama bahwa efek kuantum tidak dapat bekerja di substruktur neuron sangat melemah.
Masih ada kesenjangan yang cukup besar antara pengamatan ini dan membuktikan bahwa kesadaran merupakan hasil dari “runtuhnya fungsi gelombang kuantum yang dipicu gravitasi”, menurut teori Penrose. Meskipun demikian, penemuan terbaru menyiratkan bahwa neuron dapat mentransmisikan informasi melalui sinyal optik, seperti serat optik.
Ini akan menggantikan gagasan yang lebih umum bahwa sinyal neuron melibatkan ion yang bergerak melintasi membran dari satu ujung neuron ke ujung lainnya.
Superradiansi adalah fenomena yang sangat cepat yang terjadi dalam rentang pikosekon (sepersekian miliar milidetik). Ini membuat sinyal yang ditransmisikan melalui efek ini ratusan juta kali lebih cepat daripada proses kimia saja.
Aplikasi
Penyakit Neurodegeneratif
Meskipun menarik, belum jelas apa aplikasi langsung dari penemuan ini.
Salah satunya dapat membantu memahami dan mencegah penyakit neurodegeneratif seperti Alzheimer.
Alzheimer telah dikaitkan dengan tingkat stres oksidatif yang tinggi—ketika tubuh membawa sejumlah besar radikal bebas, yang dapat memancarkan partikel cahaya UV berenergi tinggi.
Triptofan dapat menyerap cahaya ultraviolet ini dan memancarkannya kembali dengan energi yang lebih rendah dan lebih aman. Dan, seperti yang ditemukan dalam studi ini, jaringan triptofan yang sangat besar dapat melakukan hal ini dengan lebih efisien dan kuat karena efek kuantum mereka yang kuat.
Sumber: The Quantum Insider
Ini bukan teori baru, karena mikrotubulus telah diduga terlibat dalam Alzheimer sejak 1989. Diketahui bahwa protein tau terlepas dari mikrotubulus dan menempel pada molekul tau lain dalam penyakit tersebut, membentuk benang yang akhirnya bergabung menjadi anyaman di dalam neuron.
Komputasi Kuantum
Demonstrasi efek kuantum yang bertahan dalam lingkungan berantakan menantang semua yang kita pikir tahu tentang fenomena ini.
Hal ini dapat menjadi sangat penting bagi bidang komputasi kuantum yang sedang berkembang. Hambatan utama dalam mengembangkan komputer kuantum adalah menjaga efek kuantum tetap berlangsung alih-alih runtuh menjadi “materi normal”.
Sampai kini, satu-satunya strategi adalah menciptakan lingkungan khusus yang sangat dingin untuk menyimpan qubit. Ini merupakan tantangan teknis dan sangat intensif energi, meningkatkan kompleksitas dan biaya jenis komputasi ini.
“Hasil baru ini akan menarik bagi komunitas besar peneliti dalam sistem kuantum terbuka dan komputasi kuantum karena metode teoretis yang digunakan dalam studi ini secara luas diterapkan di bidang tersebut untuk memahami jaringan kuantum kompleks dalam lingkungan berisik”
Prof. Nicolò Defenu – Federal Institute of Technology (ETH) Zurich di Swiss
Ini membuka jalan bagi proses yang lebih efisien dan mungkin lebih stabil serta kurang intensif energi untuk generasi masa depan komputer kuantum.
Opsi lain dapat memanfaatkan superradiansi, yang kini terbukti menjadi fenomena jauh lebih kuat daripada yang diperkirakan sebelumnya.
“Superradiansi satu-foton menjanjikan alat baru untuk menyimpan informasi kuantum, dan pekerjaan ini menampilkan efeknya dalam konteks yang benar-benar baru dan berbeda.
Kami pasti akan meneliti secara mendalam implikasinya bagi efek kuantum dalam sistem hidup selama bertahun‑tahun ke depan.”
Marlan Scully – Pelopor laser & fisikawan teoretis optik kuantum
Jadi, tidak hanya komputasi itu sendiri suatu hari nanti dapat berbasis pada efek kuantum skala mikron, tetapi penyimpanan memori/informasi juga dapat menggunakan superradiansi.
Komputer Biologis
Akhirnya, jika neuron memang mampu melakukan semacam komputasi kuantum dalam bentuk apapun, ini dapat mengubah potensi organoid serebral. Organoid ini adalah jaringan otak yang ditumbuhkan secara artifisial yang saat ini digunakan untuk riset biotek pada penyakit neurodegeneratif dan otak secara umum.
Organoid dapat digunakan untuk menciptakan prosesor chip biologis, yang akan jauh lebih efisien energi dibandingkan chip berbasis silikon. Dengan AI diproyeksikan akan mengonsumsi porsi energi global yang semakin meningkat, hal ini mungkin menjadi kebutuhan lebih cepat daripada yang diperkirakan.
Kami menelusuri kemajuan teknologi organoid serebral dalam artikel kami “Langkah-Langkah Bermakna Menuju Kecerdasan Organoid yang Ditempuh.”
Berinvestasi dalam Otak Kuantum
Sebagai ide di ujung paling tepi ilmu pengetahuan, saat ini belum ada aplikasi langsung dari penemuan ini. Namun, perusahaan yang bergerak di bidang komputasi kuantum dan organoid serebral tersedia bagi investor.
Anda dapat berinvestasi di perusahaan terkait kuantum melalui banyak broker, dan Anda dapat menemukan di sini, pada securities.io, rekomendasi kami untuk broker terbaik di AS, Kanada, Australia, Inggris, serta banyak negara lainnya.
Jika Anda tidak tertarik memilih perusahaan komputasi kuantum tertentu, Anda juga dapat melihat ETF komputasi kuantum seperti Defiance Quantum ETF (QTUM) yang akan memberikan eksposur yang lebih terdiversifikasi untuk memanfaatkan industri komputasi kuantum. Atau Anda dapat membaca artikel kami tentang “5 Perusahaan Komputasi Kuantum Terbaik”.
Perusahaan Komputasi Kuantum & Neural
1. Intel
(INTL )
Intel adalah produsen chip utama dan tampaknya menargetkan untuk memanfaatkan kekuatan ini ke arena komputasi kuantum.
Baru-baru ini mereka merilis “Tunnel Falls”, “chip spin qubit silikon paling maju”. Yang menonjol adalah bahwa ini bukan prototipe melainkan chip yang diproduksi secara massal, dengan tingkat hasil 95% di seluruh wafer dan keseragaman tegangan. Ini membuka jalan bagi produksi massal chip komputasi kuantum, sesuatu yang saat ini masih sulit dicapai dalam industri yang masih muda dan cepat berubah.
Sumber: Intel
Setia pada akarnya, Intel juga mengembangkan perangkat lunak untuk memanfaatkan chip‑nya, dengan merilis Intel Quantum SDK. Ini memberikan panduan bagi programmer untuk mengembangkan perangkat lunak komputasi kuantum yang kompatibel dengan desain chip kuantum Intel, yang secara historis menjadi keunggulan kompetitif yang sangat kuat & menguntungkan bagi bisnis chip konvensional Intel.
Sumber: Intel
Kedatangan manufaktur chip kuantum yang dapat diskalakan dapat menjadi revolusioner bagi industri sebagaimana terobosan ilmiah teknis lainnya, menurunkan biaya, serta menetapkan standar pemrograman umum dan arsitektur chip.
Intel adalah perusahaan yang dari pengalaman tahu betapa kuatnya pengaruh ini dalam industri komputasi. Ia masih memanfaatkan inovasi dan paten yang dimilikinya sejak tahun 1960-an.
2. BICO Group AB (BICO.ST)
Salah satu cara mempelajari otak dan saraf adalah dengan menggunakan organoid serebral. Mini‑otak yang dibuat secara artifisial ini dapat digunakan untuk mereplikasi di laboratorium reaksi neuron terhadap terapi potensial, membantu peneliti menemukan pengobatan untuk otak nyata secara keseluruhan.
Kami membahas secara lebih detail cara kerjanya dan perkembangan terbaru di bidang ini dalam “Langkah-Langkah Bermakna Menuju Kecerdasan Organoid yang Ditempuh.”
Baru‑baru ini, lebih banyak organoid serebral yang jauh lebih kompleks telah dicetak 3D oleh peneliti di University of Wisconsin–Madison. Mereka melakukannya dengan printer bioprinting Cellink, membuka potensi baru bagi mesin ini dalam riset neuroscience.
Sumber: Cellink
Pada tahun 2021, Cellink diubah namanya menjadi BICO Group, setelah mengakuisisi Cytena pada 2019 dan Scienion pada 2020.
Cellink masih menjadi nama merek untuk bagian bioprinting dari bisnis ini. Ide dasarnya adalah menggunakan kembali metode pencetakan 3D untuk membuat jaringan atau organ 3D sesuai permintaan. (Anda dapat membaca diskusi tentang topik ini dalam “3D Printing Human Organs – How Realistic Is It?”).
Bioprinting mewakili sekitar 1/5th dari bisnis, dengan segmen otomasi biosains menyumbang lebih dari 3/5th pendapatan.
Sumber: BICO Group AB
Walaupun bukan satu‑satunya di bidang ini, Cellink jelas merupakan produsen peralatan bioprinting yang sangat maju. Pencapaian Pr Zhang menggunakan mesin‑mesin ini menunjukkan potensi mereka dalam riset neurologi, bidang yang saat ini belum banyak menggunakan bioprinting.
Dalam jangka panjang, perusahaan bioprinting kemungkinan akan beralih dari menyediakan alat bagi peneliti menjadi pemasok terapi bioprinting perusahaan farmasi untuk pasien. Hal ini pada gilirannya akan sepenuhnya mengubah jumlah bioprinter yang digunakan dan, yang lebih penting, volume bahan habis pakai yang terjual setiap bulan.
Ini adalah proses yang sama seperti yang terjadi pada produsen peralatan laboratorium biologi lainnya, termasuk mesin sequencing genom dari PacBio (PACB) dan Illumina (ILMN), yang pada akhirnya menghasilkan 80% pendapatan mereka dari penjualan berulang bahan habis pakai.
Jika riset organoid serebral diberikan dorongan agresif karena potensinya dalam komputasi dan riset fisika kuantum, hal ini dapat sangat menguntungkan bagi perusahaan yang memproduksinya, seperti Cellink/BICO.
3. Final Spark
Didirikan oleh Martin Kutter dan Fred Jordan pada tahun 2014 dan berbasis di Swiss, Final Spark memperjuangkan prosesor chip biologis yang mengonsumsi jauh lebih sedikit energi (1 miliar kali lebih efisien dibandingkan chip silikon).
Seperti yang diklaim startup ini, mereka telah menguji 10 juta neuron dalam upaya mereka membangun mesin berpikir dari neuron manusia hidup yang diambil dari kulit.
Startup ini memanfaatkan teknik kultur sel yang canggih untuk menunjukkan kemampuan komputasi mandiri bagi penciptaan model AI masa depan.
Final Spark kini menawarkan akses ke kapasitas biokomputasinya melalui cloud. Neuroplatform mereka tersedia untuk institusi riset dengan tarif bulanan $500 per pengguna.
