La Universidad de Granada explora un modelo de “cerebro cuántico” inspirado en la plasticidad sináptica

Investigadores de la Universidad de Granada han desarrollado un marco teórico para avanzar hacia un modelo de "cerebro cuántico" inspirado en mecanismos de plasticidad sináptica presentes en las redes neuronales biológicas. El trabajo, firmado por Joaquín J. Torres Agudo y Elvira Romera Gutiérrez y publicado en la revista Quantum Science and Technology, plantea una red neuronal cuántica formada por poblaciones de cúbits completamente conectados entre sí.

El comportamiento colectivo de esos cúbits se describe mediante el hamiltoniano cuántico de Lipkin-Meshkov-Glick, conocido como modelo LMG, al que los autores incorporan un mecanismo de retroalimentación de la eficacia sináptica dependiente de la actividad. La propuesta conecta conceptos de la física cuántica de muchos cuerpos con principios de regulación propios del cerebro, como la depresión y la facilitación sinápticas a corto plazo.

La investigación parte de una pregunta de fondo: cómo trasladar al ámbito cuántico algunos mecanismos de autorregulación que permiten a las redes neuronales biológicas mantener actividad estable, generar ritmos y adaptarse a cambios internos. En el modelo propuesto, la actividad colectiva de los cúbits modifica dinámicamente sus propias interacciones, de forma análoga a cómo la eficacia sináptica cambia en función de la actividad neuronal.

Este acoplamiento permite introducir un control homeostático sobre las poblaciones de estados colectivos del sistema. El trabajo relaciona los modos colectivos de un sistema cuántico de muchos cuerpos y su estructura de atractores con procesos que en neurociencia se asocian a la estabilidad de poblaciones neuronales y a la generación de oscilaciones.

El modelo identifica tres elementos computacionales con potencial escalable: puntos de funcionamiento estables, oscilaciones controlables y una robustez que depende del tamaño del sistema. Según los autores, estas propiedades sitúan las arquitecturas basadas en el modelo LMG como posibles candidatas para futuros diseños de cerebros cuánticos bioinspirados implementados en hardware cuántico.

La propuesta también contempla una posible implementación digital mediante un protocolo híbrido cuántico-clásico. En ese esquema, la evolución del modelo LMG se ejecutaría en una capa cuántica, mientras que la retroalimentación sináptica dependiente de la actividad se actualizaría desde una capa clásica de control. Esta separación permitiría explorar el comportamiento del sistema en plataformas experimentales de computación cuántica.

Quantum Science and Technology, editada por IOP Publishing, es una revista multidisciplinar dedicada a investigaciones teóricas y experimentales sobre ciencia y tecnologías cuánticas, desde la computación y la simulación hasta la biología y la inteligencia cuánticas.

El estudio no presenta todavía un dispositivo físico, sino un marco teórico para pensar nuevas arquitecturas cuánticas inspiradas en el cerebro. Su valor reside en proponer una vía de investigación que combina modelos de muchos cuerpos, dinámica colectiva y principios de plasticidad sináptica para explorar formas alternativas de computación bioinspirada.