Composiciones quantum y el futuro de la IA en la música

Eduardo Reck, el último colaborador musical de Miranda, es un ordenador cuántico situado a 3500 millas de distancia.

En su composición "Qubism", del álbum del mismo nombre, el profesor de música por ordenador participa en una improvisación de llamada y respuesta que incorpora circuitos procesados por un IBM Quantum Eagle, un chip cuántico de 127 qubits, uno de los muchos procesadores de este tipo que alimentan los ordenadores cuánticos ubicados en el IBM Quantum Data Center en Poughkeepsie: un violín toca un solo, luego el ordenador responde con un riff generado cuánticamente.

Reck interpretó por primera vez la pieza “Qubism” con la London Sinfonietta el año pasado. En la grabación de abajo, que aparece en la edición en vinilo del álbum, puede escuchar el solo de violín que comienza en el minuto 4:15, y una respuesta basada en los outputs del ordenador del 4:33 al 5:23.

Escuche "Qubism" aquí.

Miranda ha sido un innovador en el campo de la música generada por IA durante varias décadas. Nos reunimos con él para saber más sobre lo que le inspiró a investigar la computación cuántica para su último álbum, y hacia dónde cree que se dirigen la IA y la música en el futuro.

Llevo trabajando con IA desde finales de la década de 1980. En 1994, defendí una tesis doctoral en la Universidad de Edimburgo sobre el uso de la IA para el diseño de sonido y la música. Esta fue probablemente la primera tesis sobre este tema en el Reino Unido.

Sin embargo, debemos tener en cuenta que la IA es software, y el software de IA necesita hardware para funcionar. Siempre me ha intrigado el hecho de que la IA todavía se ejecuta en un tipo de ordenador descrito por primera vez por John von Neumann en la década de 1940, denominado "arquitectura von Neumann". Esto es lo que, en los círculos de computación cuántica, la gente denomina "ordenadores clásicos".

Desde muy al principio de mi carrera, he estado haciendo investigación sobre tipos alternativos de ordenadores para desarrollar la IA. Mi teoría favorita es que los nuevos tipos de arquitecturas informáticas pueden permitirse nuevos enfoques de la IA.

Durante mis estudios de doctorado, me inspiró aprender sobre la llamada "arquitectura de Harvard", que evitaba el cuello de botella de Von Neumann causado por la obtención de datos e instrucciones de la misma memoria. Además, tuve la suerte de tener la oportunidad de trabajar con ordenadores paralelos con multiprocesadores de memoria compartida y distribuida en el Centro de Computación Paralela de Edimburgo [ahora llamado EPCC]. En 1995, compuse una pieza de música electrónica titulada "Olivine Trees" utilizando un Cray T3D, el superordenador más grande de Europa en ese momento.

Obviamente, la computación cuántica estuvo en mi radar durante un tiempo. Pero al principio, todo era teórico y difícil de entender. A menudo descubrí que los físicos tenían una forma diferente de hablar sobre el procesamiento de la información que los informáticos. Y no existían ordenadores cuánticos reales hasta hace relativamente poco. Conocí IBM Quantum Experience [ahora conocida como IBM Quantum Platform] solo a finales de 2016, que permitía a cualquiera con conexión a internet acceder a un procesador cuántico de 5 qubits. Así que, a principios de 2017, empecé a centrarme en investigar la IA y los sistemas de generación de música procedimental con computación cuántica, y en componer música con ellos. ¡El resto es historia!

Para Qubism, desarrollé dos enfoques para componer con computación cuántica. Uno utiliza autómatas celulares cuánticos particionados, o PQCA, para la generación de procedimientos. PQCA es un medio para implementar autómatas celulares, que son sistemas informáticos abstractos que se actualizan iterativamente en función de una regla, en ordenadores cuánticos. Desarrollé métodos para convertir muestras de ciclos PQCA en estructuras musicales, como agregados de notas, melodías, ritmos, etc. Lo interesante de PQCA es que las muestras medidas constituyen patrones coherentes que evolucionan en el tiempo. Estos patrones produjeron estructuras musicales en evolución que se asemejan a una forma musical conocida como "variaciones sobre un tema". Las variaciones sobre un tema en música se refieren a una técnica de composición en la que un compositor toma un tema o melodía específica y la altera de varias maneras. Johann Sebastian Bach, por ejemplo, es conocido por ser un genio en la improvisación de variaciones sobre una melodía ajustada.

Pero lo que es aún más interesante es que generé música ejecutando un PQCA con 120 qubits en un IBM Quantum Eagle. Yo diría que Qubism no habría sido posible sin un ordenador cuántico.

El otro método utilizaba la computación cuántica para el machine learning. En momentos específicos del rendimiento, el ordenador cuántico "escuchaba" el violín y producía respuestas. [Mis colaboradores y yo] desarrollamos un sistema para extraer las reglas de secuenciación de la música de entrada. El sistema codifica las reglas en circuitos cuánticos. Los circuitos le dicen a un ordenador cuántico que genere funciones de onda con amplitudes que codifican la estocasticidad musical. En otras palabras, codifican las probabilidades de que ciertas notas sigan a otras en una melodía. Una medida define qué nota sigue a otra.

Para generar las respuestas, un ordenador portátil en el escenario grabó el violín, creó los circuitos cuánticos y los retransmitió a la nube para su procesamiento. Luego, después de unos segundos, las mediciones se recuperaron de la nube y se sintetizaron las respectivas respuestas musicales.

Lo emocionante aquí es que solo se necesitaron 5 qubits y unas pocas líneas de código Qiskit para que el software codificara las reglas de secuenciación musical. Si tuviera que utilizar machine learning en un ordenador clásico, sin duda habría necesitado redes neuronales para hacer el mismo trabajo.

No ha cambiado drásticamente. Mi proceso compositivo comprende varias etapas. En un extremo está la etapa de programación informática, por así decirlo, y en el otro extremo está la interpretación musical creativa de los materiales generados por un ordenador. Este último es el que más disfruto, porque es cuando convierto los datos generados por ordenador en música real. La comunidad de tecnología musical a menudo se refiere a esta práctica como “mapeo”, es decir, mapear datos abstractos o representaciones en música.

Dicho esto, cuando trabajo con ordenadores cuánticos, definitivamente necesito un cambio de mentalidad porque estoy investigando cómo aprovechar estas máquinas para generar materiales de composición.

Soy un privilegiado en el sentido de que tengo una larga experiencia en programación informática. Me gusta escribir código. Sin embargo, sé que este no es el caso de muchos músicos. Así que tengo la misión de facilitar el acceso a la computación cuántica a los músicos. Hace poco uní fuerzas con Moth, una empresa de tecnología de computación cuántica recién formada, para crear herramientas de software fáciles de usar para los sectores creativos, centrándose en la música.

El trabajo de Iannis Xenakis fue muy influyente en mis años de formación. Ya tenía un título en informática cuando volví a la universidad para estudiar música de forma más formal. Su libro Formalized Music me enseñó a aprovechar mi formación en informática para componer música. Este libro describe sus enfoques innovadores de la composición musical, explorar la teoría de categorías, los procesos estocásticos, la lógica formal y los modelos geométricos para crear música. Diría que entender la obra de Xenakis es un requisito previo para explorar el potencial de los ordenadores cuánticos para la música.

Otros compositores inspiradores que trabajaron con ordenadores en mis años de formación fueron Jean-Claude Risset, John Chowning, Laurie Spiegel y Brian Eno. Pero fue la banda Kraftwerk la que me introdujo en la música electrónica. Integraron la tecnología, incluidos los secuenciadores y los sonidos generados por ordenador, para crear su distintivo estilo de música electrónica, que me sigue pareciendo atractivo hoy en día.