Müzik yapmak için kuantum bilgisayarları kullanabilir miyiz?

The Goethe-InstitutLondra'daki Imperial College'ın karşısında, modern avangart sanatla karşılaşmayı bekleyeceğiniz türden bir yer değil. Neoklasik cephesi ve sağlama geçmişi ile almanca dil kurslarıgibi müzisyenlerin yer aldığı bir etkinliğe ev sahipliği yapacak türden bir mekan gibi görünmüyor. Peter Gabriel ve Brian Eno, bir dizi kuantum fizikçisi ile birlikte. Ancak geçen Aralık ayında konferans salonundan yayılan sesler oldukça beklenmedikti: deneysel bir yer altı filminin müziğine daha çok benzeyen vızıltılar, bip sesleri ve vahşi ritim patlamaları.

Aslında bu, kuantum hesaplamanın sesiydi.

Yaklaşık 150 kişinin katıldığı etkinliğe, doğaçlama bir müzik performansı Brezilyalı besteci ve bilgisayar bilimcisi tarafından düzenlenen Eduardo Rec Miranda, şu anda Birleşik Krallık'taki Plymouth Üniversitesi'nde görev yapmaktadır. Tek parça halinde, Miranda ve iki meslektaşı, kuantum bitinin (qubit) durumunu - el hareketleriyle - kontrol etmek için İnternet üzerinden bir kuantum bilgisayara bağlı kendi dizüstü bilgisayarlarını kullanıyorlardı. Qubit'in durumu ölçüldüğünde, sonuç Londra'daki sentezleyiciler tarafından yaratılan seslerin özelliklerini belirledi.

Kulağa tuhaf geliyorsa - evet, gerçekten öyleydi.

Yaratıcı olmama yardımcı olacak ve işleri normal yapma şeklime meydan okuyacak makineler geliştirmek istiyorum.

Eduardo Miranda, Plymouth Üniversitesi

Kuantum hesaplamada bilgi, bazı hesaplamaların klasik makinelerde mümkün olandan çok daha verimli bir şekilde gerçekleştirilmesine izin veren, karışık kübitlerin üst üste binme durumlarında kodlanır. Her ne kadar bu cihazlar hala şu teknoloji devlerinin laboratuvarlarıyla sınırlı prototipler olsa da: IBM ve Google, Miranda gibi besteciler, yeni teknolojinin onlara neler sunabileceğini keşfetmeye hevesli. "Yaratıcı olmama yardımcı olacak ve işleri normal yapma şeklime meydan okuyacak makineler geliştirmek istiyorum" diyor.

[Gömülü içerik]

Miranda, kuantum hesaplamanın "farklı bir düşünme biçimini desteklediğine ve bunun da müzik hakkında farklı düşünme biçimlerine yol açacağına" inanıyor. tarafından paylaşılan bir görünümdür. Bob Cocke - Oxford merkezli kuantum hesaplama şirketinde fizikçi olan Miranda'nın işbirlikçilerinden bir diğeri kuantum. Coecke, "Olaylara bakış açınızı ve kullandığınız dili değiştirirseniz, tamamen yeni fikirlerle ortaya çıkarsınız" diyor.

[Bu müziğin] nasıl çalıştığını bilmek beni büyüledi.

Brian Eno, müzisyen

Kuantum müzik şu anda kesinlikle niş bir alandır - ancak yüksek profilli ilgiyi çeken bir alan. Gerçekten de Goethe-Institut etkinliği, Miranda'nın editörlüğünü yaptığı yeni bir kitabın lansmanını kutlamak için düzenlendi. Kuantum Bilgisayar Müziği, konuyla ilgili ilk kitap olduğunu iddia ediyor (Springer, 2022). Bu arada Coecke, Miranda ve İtalyan teorisyen ile bu yıl Oxford'da bir kuantum sanatı/bilim karışımı planlıyor. Carlo Rovelli.

Goethe-Institut performansından sonra Goethe-Institut ile yaptığı bir röportajda Eno, "[Bu müziğin] nasıl çalıştığını bilmek beni büyüledi" dedi. "Bir yargıya varmak benim için zor çünkü bu kararların ne kadarının insanlar tarafından alındığını ve ne kadarının bu farklı zeka türünden kaynaklandığını bilmiyorsunuz."

Doğal bir ortaklık

Bilgisayar benzeri algoritmaları müzikte kullanma fikri, bilim adamı ve matematikçinin 1840'lara kadar uzanıyor. Ada Lovelace ilk önce Charles Babbage'ın kullanımı hakkında spekülasyon yaptı Analitik Makine - "her türlü karmaşıklık veya ölçüde ayrıntılı ve bilimsel müzik parçaları bestelemek" için karmaşık pirinç çark dizilerinden yapılmış bir tür steampunk hesaplama cihazı. Johann Sebastian Bach gibi Barok bestecilerin eserlerinde görünen simetrilerin yansıttığı, müziğin çoğunun kendisinin algoritmik ve matematiksel bir temeli olduğu için, bazı açılardan doğal bir ortaklıktı.

"Otomatik" kompozisyonda şans ve olasılığın kullanılması, daha önceleri de popüler olmuştu. Musicalisches Würfelspiel küçük müzik parçalarının zar atışlarıyla bir araya getirildiği 18. yüzyıl (müzikal zar oyunları). bir kompozisyon Mozart tarafından 1787'de yazıldığı iddia edilmektedir. türün bir örneği olabilir. Mozart tarafından birçok kez bir çift zar atılarak çalınırdı ve her seferinde atılan sayı, müziğin önceden yazılmış belirli bir bölümüne karşılık gelirdi. Sonuç, her performansta farklılık gösteren, rastgele bir araya getirilmiş bir besteydi. bit.ly/3HivOLk.

Dijital makinelerin ilk zamanlarında modernist bestecileri bilgisayarlara çeken bu rastgelelik unsuruydu. 1950'lerde ve 1960'larda, John Cage dahil New York merkezli teknoloji seven bir grup müzisyenin merkezinde yer aldı. Yoko Ono ve geç Japon besteci Toshi İçiyanağıbelirsiz 1960 puanı Merce Cunningham için IBM eski bilgisayarların delikli kartlarından esinlenmiştir. teşhirde New York'taki Modern Sanat Müzesi, notası gerçek bir müzik parçası olduğu kadar bir sanat eseridir - nasıl yorumlanacağı (eğer hepsiyse) herhangi bir potansiyel sanatçıya bağlıdır.

Cage aynı zamanda projede yer alan birkaç sanatçıdan biriydi. Sanat ve Teknoloji Deneyleri mühendislerinin de dahil olduğu kolektif New Jersey'deki Bell Laboratuvarları, Cage'in fikir almak için takıldığı yer. Şansı kullanarak, bestelerinde kendini tekrar etme tuzağından kaçınmayı umduğunu açıkladı.

Şimdilik [kuantum müziği] çok naif bir şekilde yapıyoruz çünkü makineler sınırlı.

Bob Coecke, Quantinum

1960'larda ve 1970'lerde Yunan-Fransız besteci Iannis Xenakis – Fransız bestecinin öğrencisi Olivier Messiaen - oluşturma yöntemlerine bilgisayarları, algoritmaları ve çeşitli stokastik süreçleri dahil etti. Bu arada, besteci tarafından kurulan Paris merkezli IRCAM enstitüsü Pierre Boulez, 1970'lerde avangart müziğin merkezi haline geldi ve bilgisayarları, sinyal üreteçlerini, manyetik bantları ve diğer elektronik kaynakları kapsamlı bir şekilde kullandı.

Dijital bilgi teknolojisi artık ana akım müziğin üretimi ve yeniden üretiminin merkezinde yer alıyor. Bugün müzik ve videoda her yerde bulunan bazı sinyal işleme algoritmaları ve donanımları Bell Laboratuarlarında geliştirildi ve bu tür bir dijital teknoloji olmadan modern müzik endüstrisini hayal etmek zor olurdu. O halde, son yirmi yılda kuantum bilgisayarların teorik bir önermeden gerçek makinelere dönüşmesiyle, müzisyenlerin bu cihazların kendileri için neler yapabileceğini merak etmeleri kesinlikle kaçınılmazdı.

Bir kuantum devrimi

Bununla birlikte, halka açık kuantum bilgi işlem kaynakları nispeten sınırlıdır, bu nedenle Miranda, yedi kübitlik, kriyojenik olarak soğutulmuş bir bilgisayar kullanmakla sınırlıdır. IBM Quantum New York'ta bulunan ve bulut yoluyla erişilen cihaz. Miranda, kompozisyonlarını oluşturmak için kullandığı kuantum algoritmalarında şimdiye kadar klasik bir bilgisayarla simüle edilemeyecek hiçbir şey olmadığını kabul ediyor. Coecke, "Şimdilik [kuantum müziği] çok naif bir şekilde yapıyoruz çünkü makineler sınırlı" diye ekliyor.

Yine de, Miranda'nın açıkladığı gibi, geliştirdiği bazı algoritmalar, klasik cihazlarda hesaplama açısından zaten pahalı ve yavaş olacak ve bir konserde gerçek zamanlı olarak canlı olarak uygulanması zor olacaktır. Ancak müzik bestelemek için kuantum fiziğini kullanmak söz konusu olduğunda, hesaplama hızı asıl mesele değildir. Kuantum algoritmalarının en büyük çekiciliği, daha ziyade, müzik seçimlerinde bir rastgelelik kaynağı olmasıdır.

Daha önceki bazı bilgisayar tabanlı müziklerde olduğu gibi, bir notanın perdesi veya süresi gibi müzik notasının belirli parametreleri, makine tarafından yapılan rastgele seçimlere atanabilir. Ancak klasik bilgisayarlar yalnızca bir tür algoritmik olarak oluşturulmuş sözde rastgelelik sunarken, kuantum cihazları bir kuantum ölçümünün sonucunda yer alan gerçek rastgeleliğe erişir. Diyebilirsiniz ki, evren seçimleri yapar. Dahası, bu gerçek zamanlı olarak yapılabilir.

Başka yollar keşfetmezsek nasıl büyür ve gelişiriz?

Craig Stratton, kemancı

Miranda, bir bestecinin bir müzik parçasına belirli bir algoritma atadığını ve ardından bir performans sırasında bir kuantum bilgisayar aracılığıyla çalındığını hayal ediyor. Başka bir deyişle, kuantum bilgisayar, Londra etkinliğinde olduğu gibi uzak olabilir, ancak ölçüm sonuçlarını, örneğin bir klasik ton üretecine geri gönderir. Miranada, "Koşulları belirlediniz, ancak parça icra edilene kadar ne üreteceğinden tam olarak emin değilsiniz" diyor. "Performans o an için benzersiz olacak."

Goethe-Institut etkinliği, kuantum müziğinin çalışabileceği başka yolları da gösterdi. Tek parça olarak, İngiliz kemancı Craig Stratton kısa bir melodi doğaçlama yaptı. Her notanın perdesi ve süresi, daha sonra New York'taki IBM bilgisayarına gönderilen kuantum durumları olarak temsil edildi. Orada, cihaz, birkaç dakika sonra Londra'da bir ton sentezleyici (bu olayda bir saksafon sesi kullanılarak) tarafından "yeniden müzikalleştirilen" ve çalınan bir yanıtı formüle etmek için durumları işledi.

Bu tür müzikal "ara ve yanıtla" doğaçlama için derin öğrenme yapay zeka algoritmaları zaten tasarlandı. Ancak Miranda'ya göre, bu algoritmalar, üzerinde eğitildikleri müziğin yalnızca pastişlerini üretme eğilimindedir. Kuantum bilgisayarlar ise muhtemelen "bir taklitçiden çok bir ortak gibi" davranacak. Gerçekten de, Stratton'ın doğaçlamalarına bilgisayar tarafından üretilen melodik tepkiler, onları kışkırtan uyaranlara çok az benziyordu, sadece ilk seslerin birkaç cezbedici yankısını koruyordu.

Süreci ilgi çekici bulan Stratton, kuantum bilgisayarların müziğin gelişiminde kesinlikle yeri olduğuna inanıyor. “Başka yollar keşfetmezsek nasıl büyüyüp gelişebiliriz?” O sorar.

Bloch kafaları

Başka bir parçada Miranda ve Plymouth meslektaşları Pete Thomas ve Paulo Itaborai manipüle etmek için çeşitli bilgisayar arayüzleri kullandı. “Bloch küreleri”. Adını Nobel ödüllü fizikçiden almıştır. Felix Bloch, bu küreler, iki seviyeli bir kuantum sisteminin vektör bileşenlerini tanımlayan geometrik şekillerdir (yüzeydeki noktalar saf durumlardır ve içtekiler karışık durumlardır). Londra etkinliğinde Miranda ve Itaborai, kontrol sinyallerini el hareketleriyle bir dizüstü bilgisayara iletmek için harekete duyarlı bir yüzük ve eldiven takarken, Thomas bir düğmeler paneli kullandı.

Bu sinyaller, müzisyenlerin bir Bloch küresinin yönünü döndürdüğü (görsel bir temsili sanatçıların arkasındaki bir ekrana yansıtılan) IBM kuantum bilgisayarında uzaktan çalışan bir kuantum devresine beslendi. Belirli zamanlarda sanatçılar kübitlerini "ölçmeyi" seçebilir, böylece onu kesin ama temelde öngörülemeyen bir çıktı durumuna "çökertebilir". (Sürecin klasik simülasyonunu şu adreste deneyebilirsiniz: bit.ly/41fXVnr).

Ortaya çıkan ses her zaman şaşırtıcı olacaktır. Ölçüm yapana kadar ne olacağını bilemeyiz.

Eduardo Miranda, Plymouth Üniversitesi

Bu durumun değeri daha sonra her icracıya atanan üç ses sentezleyici tarafından üretilen sesin parametrelerini belirlemek için kullanıldı. Miranda, "Ortaya çıkan ses her zaman şaşırtıcı olacak," diyor. "Ölçüm yapana kadar ne olacağını bilemeyiz." Üç icracı daha sonra duyduklarına müteakip el hareketleriyle yanıt vererek, sonucu hem müzisyenler ve enstrümanları arasında hem de birbirleriyle sürekli bir işbirliği haline getirdi.

Miranda, performansı prova edilmiş bir doğaçlama olarak adlandırıyor. "Bunu daha önce birkaç kez denedik ve yapacağımız birkaç şey üzerinde anlaştık, tıpkı caz sanatçılarının yaptığı gibi," diyor. Bu vesileyle, üç kübitin tümü bağımsızdı, ancak Miranda, kübitleri birbirine bağlamanın yollarını bulmaya hevesli, böylece her biri diğerine bağımlı hale geliyor - müzisyenlerin kendilerini kelimenin tam anlamıyla yeni yollarla bir araya getiriyor.

Yeni bir müzik türü

Müzik yapmak için kuantum bilgi işlemden yararlanmak, "yeni bir müzik aletinin nasıl çalınacağını öğrenmek gibidir" diyor Maria Mannoneİtalya'daki Palermo Üniversitesi'nde kuantum bilgisi üzerinde çalışan ve aynı zamanda besteci olan bir teorik fizikçi. "İstediğimiz müziği nasıl çalacağımızı öğrenmeliyiz, ancak aynı zamanda yeni enstrümanın kendine özgü özellikleri kısıtlamalar yaratabilir ve belirli fikirler önerebilir."

Miranda, olasılıklardan yararlanmanın bir yolunun, yapay zeka tarafından üretilen müziğin şu anda kullanıldığı şekilde değil, bestecinin geliştirmesi için fikir çekirdekleri sağlayan beklenmedik müzik parçaları ortaya çıkaran bir kuantum bilgisayar elde etmek olduğundan şüpheleniyor. "Makinenin bana kendi başıma bulamayacağım malzemeleri - üzerinde çalışabileceğim fikirleri vermesini sağlamaya çalışıyorum" diyor.

Her şey, özellikle bilimde, bir ilham kaynağı olabilir.

Maria Mannone, Palermo Üniversitesi, İtalya

Alanın genişlemesinin önündeki mevcut engellerden biri, kuantum mekaniğinin kendisinin tamamen yabancılığı ve teknik karmaşıklığıdır. Miranda'nın yeni kitabı Kuantum Bilgisayar Müziği dalga fonksiyonları ve matris cebiri ile dolu korkaklara yönelik bir el kitabı değildir. Teoriyi anlayan fizikçiler ve mühendisler müzik gelenekleri hakkında çok az bilgiye sahipken, müzisyenlerin gözü korkacak.

Ancak, genel olarak bilgi işlem için olduğu gibi, giriş engelini azaltacak kullanıcı dostu arayüzlerin geliştirileceğini umuyor. Örneğin, Miranda'nın kübit dönüşleri, basit el hareketleriyle kontrol ediliyor. theremin – elektronik bir müzik aleti – çalınır.

Öncülüğünü yaptığı diğer bir yaklaşım ise Jim Weaver, IBM'de bir kuantum bilimcisi Yorktown Heights Araştırma Merkezi geliştiren New York'ta Kuantum Oyuncak Piyano. Olasılığa dayalı olarak melodiler ve armoniler oluşturmak için kuantum bilgisayar kullanan, kübit durumlarını ölçmenin doğasında var olan rasgeleliği kullanan bir müzik aracıdır. notları ata.

[Gömülü içerik]

Weaver zaten bu tür fikirleri Kuantum Müzik Bahçesi, kullanıcı dostu bir arayüzün, kullanıcının çok araçlı kompozisyonlar oluşturmak için kuantum durumlarını manipüle etmesine izin verdiği. Weaver, "[İnsanlar] müzik istedikleri gibi çalana kadar ortalıkta dolaşabilir," diyor. "Bu, Bloch kürelerinin müziği," diye alay ediyor, eski bir kozmik "göksel kürelerin müziği" kavramına (Güneş, Ay ve gezegenlerin göreli hareketlerinin bir müzik türüdür).

Bu sistem aslında gerçek bir kuantum cihazı yerine geleneksel bir bilgisayar tarafından yürütülen klasik bir kuantum durum simülasyonu üzerinde çalışır. Bunun nedeni, kuantum durumu hakkında tam bilgi gerektirmesidir - ki bu gerçek bir kübit için yapılamaz çünkü bir ölçüm durumu çökertir. Aracı eğitici olduğu kadar müzikal olarak da gören Weaver, öğrencilerin (ve müzisyenlerin) kuantum hesaplama algoritmaları için bir sezgi geliştirmelerine yardımcı olabileceğini umuyor. Çalışma sadece müziği değiştirmekle kalmayabilir, aynı zamanda kuantum bilimine de fayda sağlayabilir.

Teknik engellerin üstesinden gelmek için başka bir seçenek, müzisyenlerin kendilerini kuantum araştırma topluluğuna dahil etmeleri olacaktır. Amerikalı bestecinin benimsediği yaklaşım bu. Spencer Topel2019'da kimdi ikametgahında sanatçı at Yale Kuantum Enstitüsügibi kuantum teknolojisi uzmanlarına ev sahipliği yapıyor. Michel Devoret ve Robert Schoelkopf. Topel, Yale'deki görevi sırasında canlı performans Müziğin, mevcut kuantum bilgisayarların çoğunda kübit olarak kullanılan süper iletken kuantum cihazlarının dinamiklerinin ölçümlerinden üretildiği yer.

[Gömülü içerik]

Müzisyenler de biraz kuantum mekaniği öğrenmekten yararlanabilirler. Mannone, "Besteciler bilgili olmalıdır, çünkü her şey, özellikle bilimlerde, bir ilham kaynağı olabilir" diye belirtiyor. Gerçekten de gereken bilgi seviyesinin bu kadar göz korkutucu olması gerekmez. İşaret ettiği gibi, şu anda diğer uygulamalar için kuantum kodu yazanlardan bazıları "kuantum kapıları ve ilkeleri hakkında yalnızca temel bir bilgiye sahipken muhteşem işler yapıyor".

Mannone, kendi çalışmasında müziği analiz etmek için kuantum fiziğini kullandı - örneğin, müzik bestelerinde görünen tekrar ve benzerlik miktarlarını ölçmek için açık kuantum sistemlerinin hafızasını ölçmek için geliştirilmiş bir teknik kullanarak.Yaratıcı Müzik Sistemleri Dergisi doi.org/10.5920/jcms.975).

Her şeyi duy

Kuantum müziği kendi başınıza nerede duyabileceğinizi merak ediyorsanız, Miranda Londra Sinfonietta ile yakında yapılacak bir işbirliği aracılığıyla gözünü bir konser salonundaki canlı performansa dikti. Ayrıca, bu tür bestelerin kulüpler gibi daha az resmi ortamlara sızmasını, belki de aracılığıyla öngörüyor. “canlı kodlama” hareketi, DJ benzeri kodlayıcıların görsel-işitsel medyayı doğaçlama ve etkileşimli bir şekilde kontrol etmek için programlar yazdıkları, belki de dans, şiir ve müzikle birleştirilmiş yeni bir performans sanatı (bir örneğini şuradan dinleyebilirsiniz: bit.ly/3Z8hUDg).

Topluluğun büyümesini teşvik etmek için Miranda, Kasım 2021'de IBM Quantum ve Quantinuum ile işbirliği yaparak ilk Uluslararası Kuantum Hesaplama ve Müzikal Yaratıcılık Sempozyumu. Quantinuum'un o zamanki CEO'su, "Kuantum müziğinin olasılıklarının ne olduğunu henüz bilmiyoruz" dedi. İlyas Khan Goethe-Institut etkinliğinde – ve belki de kuantum müziği olgunlaştıkça bugünün öncülerinin yaptıklarına çok az benzeyecektir. “Bu ilk iki ila üç yıl deneysel” diyor.

Miranda, entelektüel olarak sezmesi zor olan dolaşıklık ve tutarlılık gibi kuantum kavramlarını - sesle - ifade etmenin mümkün olabileceğini umuyor. “Bu kutsal kâse” diyor. "Bunu başarmak istiyorum ama nasıl yapacağımı bilmiyorum." Ancak Coecke için her şey, kuantum düşüncesine geçişi hızlandırmakla ilgili. "Kuantum dünyasında her şeyi bir araya getirirseniz, birdenbire yeni bir olasılıklar evreni ortaya çıkar."

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/can-we-use-quantum-computers-to-make-music/