Las composiciones Quantum y el futuro de la IA en la música
El último colaborador musical de Eduardo Reck Miranda es un quantum ubicado a 3,500 millas de distancia.
En su composición "Qubism", del álbum del mismo nombre, el profesor de música por computadora participa en una improvisación de llamada y respuesta que incorpora circuitos procesados por un IBM Quantum Eagle, un chip cuántico de 127 cúbits, uno de los muchos procesadores que alimentan las computadoras cuánticas ubicadas en el centro de datos IBM Quantum en Poughkeepsie: un violín toca un solo, luego la computadora responde con un riff generado cuánticamente.
Reck interpretó por primera vez la pieza, "Qubism", con la London Sinfonietta el año pasado. En la grabación que aparece a continuación, que aparece en la edición en vinilo del álbum, se puede escuchar el solo de violín que comienza en 4:15, y una respuesta basada en las salidas de la computadora de 4:33 a 5:23.
Miranda ha sido un innovador en el campo de la música generada por IA durante varias décadas. Nos reunimos con él para Aprenda más sobre lo que lo inspiró a investigar la computación quantum para su último álbum, y hacia dónde ve que se dirigen la IA y la música en el futuro.
¿Qué fue lo que te motivó inicialmente a explorar la computación quantum como herramienta musical?
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 computadora descrita por primera vez por John von Neumann en la década de 1940, conocida como "arquitectura von Neumann". Esto es lo que, en los círculos de computación quantum, la gente llama "computadoras clásicas".
Desde muy temprano en mi carrera, he estado investigando tipos alternativos de computadoras para desarrollar IA. Mi teoría personal es que los nuevos tipos de arquitecturas informáticas pueden permitir 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 computadoras paralelas 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 una Cray T3D, la supercomputadora más grande de Europa en ese momento.
Obviamente, quantum estuvo en mi radar por un tiempo. Pero al principio, todo era teórico y difícil de entender. A menudo me daba cuenta de que los físicos tenían una forma diferente de hablar sobre el procesamiento de la información que los informáticos. Y no había computadoras quantum reales disponibles hasta hace relativamente poco tiempo. Me enteré de IBM QUANTUM Experiencia [ahora conocida como IBM QUANTUM Plataforma] solo a finales de 2016, que permitía a cualquier persona con conexión a Internet acceder a un procesador cuántico de 5 cúbits. Entonces, a principios de 2017, comencé a centrarme en la investigación de la IA y los sistemas de generación de música procedimental con quantum, y en componer música con ellos. ¡El resto es historia!
Cuéntame más sobre cómo conseguiste que la computadora quantum respondiera al violín. ¿Y de qué otras formas usaste la computación quantum en tu álbum?
Para Qubism, desarrollé dos enfoques para componer con quantum. Uno utiliza autómatas celulares cuánticos particionados, o PQCA, para la generación de procedimientos. PQCA es un medio para implementar autómatas celulares (sistemas informáticos abstractos que se actualizan iterativamente en función de una regla) en computadoras quantum. 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 determinada.
Pero lo que es aún más interesante, generé música ejecutando un PQCA con 120 cúbits en un IBM Quantum Eagle. Yo argumentaría que Qubism no hubiera sido posible sin una computadora cuántica.
El otro método utilizó la computación cuántica para el machine learning. En momentos específicos durante el rendimiento, la computadora quantum "escuchó" el violín y produjo respuestas. [Mis colaboradores y yo] desarrollamos un sistema para extraer reglas de secuenciación de la música de entrada. El sistema codifica las reglas en circuitos quantum. Los circuitos le dicen a una computadora quantum 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, una computadora portátil en el escenario grabó el violín, creó los circuitos quantum y los retransmitió a la computadora quantum en 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 necesitaban 5 qubits y unas pocas líneas de código Qiskit para que el software codificara las reglas de secuenciación musical. Si tuviera que usar machine learning que se ejecuta en una computadora clásica, sin duda habría necesitado neural networks computacionalmente hambrientas para hacer el mismo trabajo.
¿Cómo tienes que cambiar tus métodos de trabajo cuando trabajas con quantum—en lugar de, por ejemplo, ejecutar Max, un lenguaje de programación visual para música, en tu computadora portátil?
No ha cambiado drásticamente. Mi proceso compositivo comprende varias etapas. En un extremo está la etapa de programación de computadoras, por así decirlo, y en el otro extremo está la representación musical creativa de los materiales generados por una computadora. Este último es el que más disfruto, porque es cuando convierto los datos generados por computadora en música real. La comunidad de tecnología musical a menudo se refiere a esta práctica como "mapeo", es decir, mapeo de datos abstractos, o representaciones, en música.
Dicho esto, cuando trabajo con computadoras quantum, definitivamente necesito un cambio de mentalidad porque estoy investigación 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. Entonces, estoy en una misión para facilitar el acceso a la computación cuántica para los músicos. Recientemente uní fuerzas con Moth, una empresa de Tecnología de computación cuántica recién formada, para crear herramientas de software fáciles de usar para las industrias creativas, centrándose en la música.
Cuando escuché sus temas, lo primero que pensé fue que me recordaban al compositor de vanguardia Iannis Xenakis. También colaboró con IBM en la década de 1960. ¿Qué piensa sobre lo que creó? ¿Hay otros músicos informáticos que ayudaron a sentar las bases de lo que está creando hoy?
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 manera más formal. Su libro Formalized Music me enseñó a aprovechar mis conocimientos de informática para componer música. Este libro describe sus enfoques innovadores de la composición musical, explorando la teoría de categorías, los procesos estocásticos, la lógica formal y los modelos geométricos para crear música. Diría que comprender el trabajo de Xenakis es un requisito previo para Explorar el potencial de las computadoras cuánticas para la música.
Otros compositores inspiradores que trabajaron con computadoras 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 tecnología, incluidos secuenciadores y sonidos generados por computadora, para crear su estilo distintivo de música electrónica, que todavía encuentro atractivo hoy en día.