Bisakah kita menggunakan komputer kuantum untuk membuat musik?

Grafik Goethe-Institut, di seberang Imperial College di London, bukanlah tempat yang Anda harapkan untuk menemukan seni avant-garde mutakhir. Dengan fasad Neoklasik dan sejarah penyediaan kelas bahasa Jerman, sepertinya bukan jenis tempat untuk menyelenggarakan acara yang menyertakan musisi seperti itu Peter Gabriel dan Brian Eno, bersama dengan sejumlah fisikawan kuantum. Tapi suara yang berasal dari ruang kuliahnya Desember lalu agak tidak terduga: drone, bleep, dan semburan ketukan liar lebih mirip dengan soundtrack film bawah tanah eksperimental.

Faktanya, ini adalah suara komputasi kuantum.

Acara tersebut dihadiri sekitar 150 orang, yang menyimak pertunjukan musik improvisasi diatur oleh komposer Brasil dan ilmuwan komputer Eduardo Reck Miranda, yang saat ini berbasis di University of Plymouth di Inggris. Dalam keadaan utuh, Miranda dan dua rekannya masing-masing menggunakan laptop mereka sendiri, yang terhubung ke komputer kuantum melalui Internet, untuk mengontrol – melalui gerakan tangan – keadaan bit kuantum (qubit). Saat keadaan qubit diukur, hasilnya menentukan karakteristik suara yang dibuat oleh penyintesis di London.

Jika kedengarannya aneh – ya, memang benar.

Saya ingin mengembangkan mesin yang akan membantu saya menjadi kreatif dan akan menantang cara normal saya dalam melakukan sesuatu

Eduardo Miranda, Universitas Plymouth

Dalam komputasi kuantum, informasi dikodekan dalam keadaan superposisi qubit terjerat, yang memungkinkan beberapa perhitungan dilakukan jauh lebih efisien daripada yang mungkin dilakukan dengan mesin klasik. Meski perangkat ini masih berupa prototipe yang terbatas pada laboratorium raksasa teknologi seperti IBM dan Google, komposer seperti Miranda sangat ingin menemukan apa yang dapat ditawarkan oleh teknologi baru kepada mereka. “Saya ingin mengembangkan mesin yang akan membantu saya menjadi kreatif dan akan menantang cara normal saya dalam melakukan sesuatu,” ujarnya.

[Embedded content]

Komputasi kuantum, Miranda percaya, "mempromosikan cara berpikir yang berbeda, [yang pada gilirannya] akan mengarah pada cara berpikir yang berbeda tentang musik." Ini adalah pandangan yang dibagikan oleh Bob Coecke – salah satu kolaborator Miranda – yang merupakan fisikawan di perusahaan komputasi kuantum yang berbasis di Oxford kuantum. “Jika Anda mengubah cara Anda melihat sesuatu, dan bahasa yang Anda gunakan, Anda akan menghasilkan ide yang benar-benar baru,” kata Coecke.

Saya terpesona mengetahui bagaimana [musik ini] bekerja.

Brian Eno, musisi

Musik kuantum saat ini jelas merupakan bidang khusus – tetapi musik yang menarik minat orang-orang terkenal. Memang acara Goethe-Institut digelar untuk menandai peluncuran buku baru hasil editan Miranda, musik komputer kuantum, yang diklaim sebagai buku pertama tentang masalah ini (Springer, 2022). Coecke, sementara itu, sedang merencanakan penggabungan seni/sains kuantum di Oxford tahun ini dengan Miranda dan ahli teori Italia Carlo rovelli.

“Saya terkesima mengetahui bagaimana [musik ini] bekerja,” kata Eno usai penampilan Goethe-Institut dalam wawancara dengan Goethe-Institut. “Sulit bagi saya untuk membuat penilaian, karena Anda tidak tahu berapa banyak dari keputusan itu dibuat oleh manusia, dan berapa banyak yang dihasilkan dari jenis kecerdasan yang berbeda itu.”

Kemitraan alami

Gagasan menggunakan algoritme seperti komputer dalam musik sudah ada sejak tahun 1840-an, ketika ilmuwan dan matematikawan Ada Lovelace pertama berspekulasi tentang penggunaan Charles Babbage Mesin Analitik – sejenis alat penghitung steampunk yang terbuat dari rangkaian roda gigi kuningan yang rumit – untuk “menyusun karya musik yang rumit dan ilmiah dengan tingkat kerumitan atau tingkat apa pun”. Dalam beberapa hal itu adalah kemitraan alami, karena sebagian besar musik itu sendiri memiliki dasar algoritme dan matematika, yang tercermin dari simetri yang terlihat dalam karya komposer Barok seperti Johann Sebastian Bach.

Penggunaan peluang dan probabilitas dalam komposisi "otomatis" menjadi populer bahkan lebih awal, di Musikalisches Würfelspiel (permainan dadu musik) abad ke-18, di mana potongan-potongan kecil musik disusun menggunakan gulungan dadu. Satu komposisi diduga ditulis oleh Mozart pada tahun 1787 mungkin menjadi contoh genre. Itu akan dimainkan oleh Mozart yang melempar sepasang dadu berkali-kali, dengan angka yang dilemparkan pada setiap kesempatan sesuai dengan bagian musik tertentu yang telah ditulis sebelumnya. Hasilnya adalah komposisi yang digabungkan secara acak yang berbeda di setiap pertunjukan, yang dapat Anda dengarkan bit.ly/3HivOLk.

Unsur keacakan inilah yang menarik komposer modernis ke komputer pada masa awal mesin digital. Pada tahun 1950-an dan 1960-an, John Cage berada di tengah-tengah sekelompok musisi yang berbasis di New York yang mencintai teknologi termasuk Yoko Ono dan mendiang komponis Jepang Toshi Ichiyanagi, yang skor tahun 1960-nya ambigu IBM untuk Merce Cunningham terinspirasi oleh kartu punch dari komputer awal. Dipajang di Museum Seni Modern di New York, skornya adalah sebuah karya seni sebagai karya musik yang sebenarnya - bagaimana (jika semuanya) itu harus ditafsirkan tergantung pada calon pemain mana pun.

Cage juga salah satu dari beberapa seniman yang terlibat dalam Eksperimen dalam Seni dan Teknologi kolektif, yang termasuk insinyur dari Laboratorium Bell di New Jersey, tempat Cage berkumpul untuk mencari ide. Dengan menggunakan kesempatan, jelasnya, dia berharap menghindari jebakan pengulangan dirinya dalam komposisinya.

Untuk saat ini kami melakukan [musik kuantum] dengan cara yang sangat naif karena mesinnya terbatas.

Bob Coecke, Quantium

Pada 1960-an dan 1970-an komposer Yunani-Prancis Iannis Xenakis – seorang siswa dari komposer Perancis Olivier Messiaen – memasukkan komputer, algoritme, dan berbagai proses stokastik ke dalam metode penulisannya. Sedangkan lembaga IRCAM yang berbasis di Paris, didirikan oleh komposer Pierre Boulez, menjadi pusat musik avant-garde pada tahun 1970-an, memanfaatkan komputer, generator sinyal, pita magnetik, dan sumber daya elektronik lainnya secara ekstensif.

Teknologi informasi digital sekarang menjadi pusat produksi dan reproduksi musik arus utama. Beberapa algoritme pemrosesan sinyal dan perangkat keras yang ada di mana-mana dalam musik dan video saat ini dikembangkan di Bell Labs – dan akan sulit membayangkan industri musik modern tanpa teknologi digital semacam itu. Maka, tidak dapat dihindari bahwa ketika komputer kuantum berubah selama dua dekade terakhir dari proposal teoretis menjadi mesin nyata, musisi akan penasaran tentang apa yang mungkin dilakukan perangkat ini untuk mereka.

Sebuah revolusi kuantum

Namun, sumber daya komputasi kuantum yang tersedia untuk publik relatif terbatas, sehingga Miranda dibatasi untuk menggunakan tujuh qubit, didinginkan secara kriogenik IBM Imation perangkat bertempat di New York, diakses melalui cloud. Miranda memang mengakui bahwa sejauh ini tidak ada apa pun dalam algoritme kuantum yang dia gunakan untuk menyusun komposisinya yang juga tidak dapat disimulasikan dengan komputer klasik. “Untuk saat ini kami melakukan [musik kuantum] dengan cara yang sangat naif karena mesinnya terbatas,” tambah Coecke.

Namun, seperti yang dijelaskan Miranda, beberapa algoritme yang dia kembangkan sudah mahal secara komputasi dan lambat pada perangkat klasik, dan sulit diterapkan secara real time dalam konser. Tetapi kecepatan komputasi bukanlah masalah utama dalam penggunaan fisika kuantum untuk menggubah musik. Daya tarik besar dari algoritma kuantum, lebih tepatnya, sebagai sumber keacakan dalam pilihan musik.

Seperti beberapa musik berbasis komputer sebelumnya, parameter partitur musik tertentu, seperti nada atau durasi nada, dapat ditetapkan ke pilihan acak yang dibuat oleh mesin. Tetapi sementara komputer klasik hanya menawarkan semacam keacakan semu yang dihasilkan secara algoritme, perangkat kuantum mengakses keacakan asli yang terlibat dalam hasil pengukuran kuantum. Alam semesta, bisa dibilang, membuat pilihan. Terlebih lagi, ini dapat dilakukan secara real time.

Bagaimana kita tumbuh dan berkembang jika kita tidak menjelajahi jalan lain?

Craig Stratton, pemain biola

Miranda membayangkan seorang komposer menetapkan algoritme tertentu ke sebuah karya musik, yang kemudian dimainkan melalui komputer kuantum selama pertunjukan. Dengan kata lain, komputer kuantum bisa jauh, seperti di acara London, tetapi hanya mengirimkan hasil pengukurannya kembali ke, katakanlah, generator nada klasik. “Anda mengatur kondisinya, tetapi Anda tidak sepenuhnya yakin apa yang akan dihasilkannya sampai karya tersebut ditampilkan,” kata Miranada. "Pertunjukannya akan unik untuk momen tertentu itu."

Acara Goethe-Institut menunjukkan cara lain di mana musik kuantum dapat bekerja. Dalam satu bagian, pemain biola Inggris Craig Straton improvisasi lagu pendek. Pitch dan durasi setiap not direpresentasikan sebagai status kuantum yang kemudian dikirim ke komputer IBM di New York. Di sana, perangkat memproses status untuk merumuskan respons yang "dimusikalisasi ulang" dan diputar ulang di London oleh penyintesis nada (dalam acara itu menggunakan suara saksofon) beberapa saat kemudian.

Algoritme AI pembelajaran mendalam untuk improvisasi "panggilan dan respons" musik semacam itu telah dirancang. Namun menurut Miranda, algoritme tersebut cenderung hanya menghasilkan musik yang mereka latih. Sebaliknya, komputer kuantum mungkin akan berperilaku "lebih seperti mitra daripada peniru". Memang, respons melodi yang dihasilkan komputer terhadap improvisasi Stratton terdengar seperti rangsangan yang memprovokasi mereka, mempertahankan hanya beberapa gema menggoda dari suara awal.

Stratton, yang menemukan proses menarik, percaya bahwa komputer kuantum pasti memiliki tempat dalam pengembangan musik. “Bagaimana kita tumbuh dan berkembang jika kita tidak menjelajahi jalan lain?” dia bertanya.

Bloch kepala

Di bagian lain, Miranda dan rekannya di Plymouth Pete Thomas dan Paulo Itaborai menggunakan berbagai antarmuka komputer untuk memanipulasi “Bloch bola”. Dinamai setelah fisikawan pemenang hadiah Nobel Felix Blok, bola-bola ini adalah figur geometris yang menggambarkan komponen vektor dari sistem kuantum dua tingkat (titik-titik di permukaan adalah keadaan murni dan titik-titik di dalam adalah keadaan campuran). Di acara London, Miranda dan Itaborai mengenakan cincin dan sarung tangan penginderaan gerakan untuk mengirimkan sinyal kontrol dengan gerakan tangan ke laptop, sementara Thomas menggunakan panel kenop.

Sinyal-sinyal ini diumpankan ke sirkuit kuantum yang berjalan dari jarak jauh di komputer kuantum IBM, tempat para musisi memutar orientasi bola Bloch (representasi visual yang diproyeksikan ke layar di belakang pemain). Pada waktu-waktu tertentu para pemain dapat memilih untuk "mengukur" qubit mereka, sehingga "menciutkannya" menjadi keadaan keluaran yang pasti tetapi secara fundamental tidak dapat diprediksi. (Anda dapat mencoba sendiri simulasi klasik dari proses tersebut di bit.ly/41fXVnr).

Suara yang dihasilkan akan selalu mengejutkan. Kita tidak tahu apa jadinya sampai kita melakukan pengukuran

Eduardo Miranda, Universitas Plymouth

Nilai status ini kemudian digunakan untuk menentukan parameter suara yang dihasilkan oleh tiga penyintesis suara yang ditetapkan untuk masing-masing pemain. “Suara yang dihasilkan akan selalu mengejutkan,” kata Miranda. "Kami tidak tahu apa jadinya sampai kami melakukan pengukuran." Ketiga pemain kemudian menanggapi apa yang mereka dengar dengan gerakan tangan berikutnya, membuat hasilnya menjadi kolaborasi yang konstan baik antara masing-masing musisi dan instrumen mereka dan juga satu sama lain.

Miranda menyebut pertunjukan itu sebagai improvisasi yang telah dilatih. “Kami berlatih sebelumnya beberapa kali dan menyetujui beberapa hal yang akan kami lakukan, seperti yang dilakukan pemain jazz,” katanya. Pada kesempatan ini ketiga qubit itu independen, tetapi Miranda sangat ingin menemukan cara untuk menjerat qubit sehingga masing-masing bergantung satu sama lain – membuat para musisi itu sendiri benar-benar digabungkan dengan cara baru.

Jenis musik baru

Memanfaatkan komputasi kuantum untuk membuat musik adalah "seperti mempelajari cara memainkan alat musik baru", kata Maria Mannone, seorang fisikawan teoretis yang mengerjakan informasi kuantum di Universitas Palermo di Italia, yang juga seorang komposer. “Kita harus belajar bagaimana memainkan musik yang kita inginkan, tetapi, pada saat yang sama, fitur spesifik dari instrumen baru dapat menciptakan batasan dan menyarankan ide tertentu.”

Miranda menduga bahwa salah satu cara untuk mengeksploitasi kemungkinan tersebut adalah membuat komputer kuantum menghasilkan fragmen musik tak terduga yang memberikan inti ide untuk dikembangkan oleh komposer, bukan dengan cara musik yang dihasilkan AI saat ini digunakan. “Saya mencoba,” katanya, “untuk membuat mesin memberi saya materi yang tidak akan saya buat sendiri – ide yang dapat saya kerjakan.”

Segala sesuatu, terutama di bidang sains, bisa menjadi sumber inspirasi

Maria Mannone, Universitas Palermo, Italia

Salah satu kendala saat ini untuk memperluas bidang ini adalah ketidaktahuan dan kompleksitas teknis dari mekanika kuantum itu sendiri. Buku baru Miranda musik komputer kuantum bukan manual untuk orang lemah, diisi dengan fungsi gelombang dan aljabar matriks. Musisi akan gentar, sedangkan fisikawan dan insinyur yang memahami teori cenderung memiliki sedikit pengetahuan tentang tradisi musik.

Tapi dia berharap antarmuka yang ramah pengguna akan dikembangkan yang akan menurunkan penghalang masuk, seperti yang mereka miliki untuk komputasi pada umumnya. Rotasi qubit Miranda, misalnya, dikendalikan oleh gerakan tangan sederhana, seperti cara ada – alat musik elektronik – dimainkan.

Pendekatan lain sedang dipelopori oleh Jim Weaver, seorang ilmuwan kuantum di IBM Pusat Penelitian Yorktown Heights di New York, yang telah mengembangkan Piano mainan kuantum. Ini adalah alat musik yang menggunakan komputer kuantum untuk menghasilkan melodi dan harmoni secara probabilistik, menggunakan keacakan yang melekat dalam mengukur status qubit untuk menetapkan catatan.

[Embedded content]

Weaver telah mengembangkan ide seperti itu ke dalam Taman Bermain Musik Quantum, di mana antarmuka yang ramah pengguna memungkinkan pengguna memanipulasi status kuantum untuk membuat komposisi multi-instrumen. “[Orang] dapat bermain-main sampai musik terdengar seperti yang mereka inginkan,” kata Weaver. “Ini musik bola Bloch,” sindirnya, mengacu pada gagasan lama tentang “musik bola langit” kosmik (gagasan bahwa gerakan relatif Matahari, Bulan, dan planet merupakan salah satu bentuk musik).

Sistem ini sebenarnya berjalan pada simulasi klasik keadaan kuantum yang dilakukan oleh komputer konvensional, bukan perangkat kuantum nyata. Hal ini karena memerlukan pengetahuan lengkap tentang keadaan kuantum – yang tidak dapat dilakukan untuk qubit nyata karena pengukuran meruntuhkan keadaan. Weaver, yang melihat alat ini sebagai alat pendidikan sekaligus musikal, berharap alat ini dapat membantu siswa (dan musisi) mengembangkan intuisi untuk algoritme komputasi kuantum. Pekerjaan itu mungkin tidak hanya mengubah musik tetapi juga bermanfaat bagi ilmu kuantum.

Pilihan lain untuk mengatasi hambatan teknis adalah bagi musisi untuk menanamkan diri mereka dalam komunitas riset kuantum. Itulah pendekatan yang diambil oleh komposer Amerika Spencer Topel, yang pada tahun 2019 adalah artis-in-residence at Institut Kuantum Yale, rumah bagi pakar teknologi kuantum seperti Michel Devoret dan Robert Schoolkopf. Selama bertugas di Yale, Topel dibuat pertunjukan langsung di mana musik dihasilkan dari pengukuran dinamika perangkat kuantum superkonduktor yang digunakan sebagai qubit di sebagian besar komputer kuantum saat ini.

[Embedded content]

Musisi juga bisa mendapat manfaat dari mempelajari sedikit mekanika kuantum. “Komposer harus berpengetahuan luas,” kata Mannone, “karena segala sesuatu, terutama di bidang sains, bisa menjadi sumber inspirasi.” Memang tingkat pengetahuan yang dibutuhkan tidak perlu terlalu menakutkan. Seperti yang dia tunjukkan, beberapa dari mereka yang sekarang menulis kode kuantum untuk aplikasi lain "melakukan pekerjaan yang luar biasa sementara hanya memiliki pengetahuan dasar tentang gerbang dan prinsip kuantum".

Dalam karyanya sendiri, Mannone telah menggunakan fisika kuantum untuk menganalisis musik – misalnya, dengan menggunakan teknik yang dikembangkan untuk mengukur memori sistem kuantum terbuka untuk mengukur jumlah pengulangan dan kesamaan yang muncul dalam komposisi musik (Jurnal Sistem Musik Kreatif doi.org/10.5920/jcms.975).

Mendengar semua tentang itu

Jika Anda bertanya-tanya di mana Anda dapat mendengar musik kuantum untuk diri Anda sendiri, Miranda mengarahkan pandangannya pada pertunjukan langsung di aula konser melalui kolaborasi yang akan datang dengan London Sinfonietta. Dia juga meramalkan jenis komposisi yang menyusup ke pengaturan yang kurang formal seperti klub, mungkin melalui gerakan "coding langsung"., seni pertunjukan baru di mana pembuat kode seperti DJ menulis program untuk mengontrol media audio-visual dengan cara improvisasi dan interaktif, mungkin dikombinasikan dengan tarian, puisi, dan musik (Anda dapat mendengarkan contohnya di bit.ly/3Z8hUDg).

Untuk merangsang pertumbuhan komunitas, pada November 2021 Miranda berkolaborasi dengan IBM Quantum dan Quantinuum menjadi tuan rumah pertama Simposium Internasional tentang Komputasi Kuantum dan Kreativitas Musik. “Kami belum tahu apa kemungkinan untuk musik kuantum,” kata kepala eksekutif Quantinuum saat itu Ilyas Khan dalam acara Goethe-Institut – dan mungkin seiring dengan semakin matangnya musik kuantum, ia akan sedikit mirip dengan apa yang dilakukan para pionir saat ini. “Dua hingga tiga tahun pertama ini bersifat eksperimental,” katanya.

Miranda berharap bahwa menjadi mungkin untuk mengungkapkan – dalam suara – konsep-konsep kuantum seperti keterikatan dan koherensi yang sulit dipahami secara intelektual. “Itu cawan suci,” katanya. "Saya ingin mencapai ini tetapi saya tidak tahu caranya." Tapi bagi Coecke, ini semua tentang mengkatalisasi peralihan ke pemikiran kuantum. "Jika Anda menyatukan semuanya di dunia kuantum, tiba-tiba sebuah alam semesta kemungkinan baru muncul."

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/can-we-use-quantum-computers-to-make-music/