التراكيب الكمومية ومستقبل الذكاء الاصطناعي في الموسيقى
يعمل Eduardo Reck Miranda حاليًا مع كمبيوتر كمومي على بُعد 3500 ميل كمشارك موسيقى جديد.
في مقطوعته الموسيقية "Qubism"، من الألبوم الذي يحمل نفس الاسم، ينخرط أستاذ الموسيقى الحاسوبية في ارتجال النداء والاستجابة يتضمن دوائر تمت معالجتها بواسطة IBM Quantum Eagle، وهي شريحة كمومية تضم 127 كيوبت، واحدة من العديد من المعالجات التي تشغّل أجهزة الكمبيوتر الكمومية في مركز بيانات IBM Quantum في مدينة بوكيبسي:. يعزف على الكمان منفردًا، ثم يرد الكمبيوتر بجملة موسيقية تم إنشاؤها كموميًا.
وقدّم Reck مؤخرًا المقطوعة "Qubism" مع فرقة London Sinfonietta العام الماضي. وفي التسجيل التالي، والذي يظهر على نسخة الألبوم، يمكنك سماع الكمان المنفرد الذي يبدأ الساعة 4:15، والاستجابة بناءً على مخرجات الكمبيوتر من 4:33 إلى 5:23.
لطالما كان Miranda مبتكرة في مجال الموسيقى التي يتم إنشاؤها بالذكاء الاصطناعي منذ عدة عقود. والتقينا به لنتعرف على المزيد عن الأسباب التي ألهمته لاستكشاف الحوسبة الكمومية لألبومه الأخير، ورؤيته لمستقبل الذكاء الاصطناعي في الموسيقى.
ما الذي دفعك أولاً لاستكشاف الحوسبة الكمومية كأداة موسيقية؟
لقد كنت أعمل مع الذكاء الاصطناعي منذ أواخر الثمانينيات. وفي عام 1994، دافعت عن رسالة دكتوراه في جامعة إدنبرة حول استخدام الذكاء الاصطناعي في تصميم الصوت والموسيقى. ومن المرجح أنها كانت أول رسالة دكتوراه تتناول هذا الموضوع في المملكة المتحدة.
يجب أن نضع في اعتبارنا، مع ذلك، أن الذكاء الاصطناعي هو البرمجيات، وأن برمجيات الذكاء الاصطناعي تحتاج إلى أجهزة للتشغيل. ولطالما أثار اهتمامي حقيقة أن الذكاء الاصطناعي لا يزال يعمل على نوع من أجهزة الكمبيوتر وصفه John von Neumann في الأربعينيات، وأشار إليه باسم "بنية von Neumann". وهذا ما يشير إليه الناس في دوائر الحوسبة الكمومية باسم "أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية".
ومنذ وقت مبكر جدًا في مسيرتي المهنية، كنت أقوم بالبحث عن أنواع بديلة من أجهزة الكمبيوتر لتطوير الذكاء الاصطناعي. وكانت نظريتي المفضلة هي أن الأنواع الجديدة من بنيات الحوسبة يمكنها توفير أساليب جديدة للذكاء الاصطناعي.
وخلال دراستي للدكتوراه، ألهمتني معرفة ما يسمى بـ "هندسة Harvard"، والتي تجنبت عقبة Von Neumann الناجمة عن جلب البيانات والتعليمات من نفس الذاكرة. أيضًا، كنت محظوظًا لأنني أتيحت لي الفرصة للعمل على أجهزة الكمبيوتر المتوازية مع معالجات الذاكرة المتعددة المشتركة والموزعة في مركز إدنبرة للحوسبة المتوازية [المعروف الآن باسم EPCC]. وفي عام 1995، قمت بتأليف مقطوعة موسيقية إلكترونية بعنوان "أشجار الزيتون" باستخدام Cray T3D، وهو أكبر كمبيوتر عملاق في أوروبا في ذلك الوقت.
من الواضح أن الحوسبة الكمومية كانت ضمن اهتماماتي لفترة من الوقت. ولكن في البداية، كان كل شيء نظريًا ويصعب فهمه. وغالبًا، اكتشفت أن الفيزيائيين لديهم طريقة مختلفة للتحدث عن معالجة المعلومات عن علماء الكمبيوتر. ولم تكن هناك أجهزة كمبيوتر كمومية فعلية متاحة حتى وقت قريب نسبيًا. تعرفت على IBM Quantum Experience [المعروفة الآن باسم منصة IBM QUANTUM] فقط في أواخر 2016، والتي تتيح لأي شخص لديه اتصال بالإنترنت إمكانية الوصول إلى معالج كمومي بسعة 5 كيوبت. لذلك، في أوائل عام 2017، بدأت التركيز على البحث عن أنظمة توليد الموسيقى بالذكاء الاصطناعي والإجرائية باستخدام الحوسبة الكمومية، وتأليف الموسيقى باستخدامها. ومن ذلك الحين، بدأت الرحلة!
أخبرني المزيد عن كيف جعلت الكمبيوتر الكمومي يستجيب للكمان. وما الطرق الأخرى التي استخدمت بها الحوسبة الكمومية في ألبومك؟
بالنسبة لألبوم Qubism، طورت نهجين للتأليف باستخدام الحوسبة الكمومية. واحد منهما يعتمد على استخدام الخلايا الكمومية الذاتية المقسَّمة، أو PQCA، للتوليد الإجرائي للموسيقى. إن PQCA عبارة وسيلة لتنفيذ أتمتة خلوية، أنظمة حوسبة مجردة يتم تحديثها بشكل متكرر بناءً على قاعدة، على أجهزة الكمبيوتر الكمومية. ولقد طورت طرقًا لتحويل العينات من دورات PQCA إلى تراكيب موسيقية، مثل مجموعات النوتات والألحان والإيقاعات وما إلى ذلك. والأمر المثير في PQCA هو أن العينات المقاسة تُنتج أنماطًا متماسكة تتطور مع مرور الوقت. ولقد أنتجت هذه الأنماط هياكل موسيقية متطورة تشبه الشكل الموسيقي المعروف باسم "تغيرات على لحن أساسي" (variations on a theme). وعبارة "تغيرات على لحن أساسي" في الموسيقى تشير إلى تقنية تأليفية يقوم فيها الملحن بأخذ لحن أو موضوع محدد وتعديله بطرق مختلفة. على سبيل المثال، يُعرف Johann Sebastian Bach بعبقريته في ارتجال الاختلافات في لحن معين.
ولكن ما هو أكثر إثارة، هو أنني أنتجت موسيقى باستخدام PQCA مكوّن من 120 كيوبت على IBM Quantum Eagle. أود أن أقول إن ألبوم Qubism لم يكن ليكون ممكنًا من دون كمبيوتر كمومي.
أما الطريقة الأخرى فاستُخدمت فيها الحوسبة الكمومية للتعلّم الآلي. وفي لحظات محددة خلال الأداء، كان الكمبيوتر الكمومي "يستمع" إلى الكمان وينتج استجابات. لقد قمت أنا وزملائي بتطوير نظام لاستخراج قواعد التسلسل من الموسيقى المدرجة. ويقوم النظام بتشفير القواعد في دوائر كمومية. وتوجه الدوائر الكمبيوتر الكمومي لتوليد دوال موجية بحيث بسعة تُشفر العشوائية الموسيقية. وبعبارة أخرى، يقومون بترميز احتمالات بعض الملاحظات التي تتبع ملاحظات أخرى في الضبط. ويُحدد القياس أي ملاحظة تلي أخرى.
ولإنتاج الاستجابات، تم استخدام كمبيوترًا محمولًا على المسرح لتسجيل عزف الكمان وإعداد الدوائر الكمومية، ثم إرسالها إلى الحاسوب الكمومي السحابي للمعالجة. ثم، بعد بضع ثوانٍ، تم استرجاع القياسات من السحابة، وتم تجميع الاستجابات الموسيقية ذات الصلة.
والأمر المثير هنا هو أن 5 كيوبت فقط وبضعة أسطر من كود Qiskit كانت ضرورية للبرنامج لترميز قواعد التسلسل الموسيقي. ولو كنت سأستخدم التعلم الآلي القياسي الذي يعمل على كمبيوتر كلاسيكي، لكنت بالتأكيد بحاجة إلى شبكات عصبية اصطناعية للقيام بنفس المهمة.
كيف يتعين عليك تغيير أساليب عملك عند العمل باستخدام الحوسبة الكمومية-على عكس، لنقل، تشغيل Max، وهي لغة البرمجة البصرية للموسيقى، على جهاز الكمبيوتر المحمول الخاص بك؟
ولم يتغير الوضع بشكل جذري. وتتضمن عملية التأليف الخاصة بي عدة مراحل، فمن جانب هناك مرحلة برمجة الكمبيوتر، إذا جاز التعبير، ومن الجانب الآخر توجد المرحلة الإبداعية لتقديم المواد الموسيقية التي يقوم الكمبيوتر بإنشائها بشكل فني." والمرحلة الأخيرة هي التي أستمتع بها أكثر، لأنها اللحظة التي أحوّل فيها البيانات التي قام الكمبيوتر بإنشاها إلى موسيقى حقيقية. وغالبًا ما يشير مجتمع تقنية الموسيقى إلى هذه الممارسة باسم "التعيين"، أي ربط البيانات المجردة أو التمثيلات بالموسيقى.
مع ذلك، عندما أعمل على أجهزة الكمبيوتر الكمومية، أحتاج بالتأكيد إلى تغيير في العقلية لأنني البحث في كيفية استغلال هذه الآلات لإنشاء مواد تركيبية.
أنا محظوظ بمعنى لأن لدي خلفية طويلة في برمجة الكمبيوتر. وأستمتع بكتابة التعليمات البرمجية. ومع ذلك، أعلم أن هذا ليس هو الحال بالنسبة للعديد من الموسيقيين. لذا، فأنا في مهمة لتسهيل الوصول إلى الحوسبة الكمومية للموسيقين. وتعاونت مؤخرا مع شركة Moth، وهي شركة حديثة في مجال الحوسبة الكمومية، لبناء أدوات برمجية سهلة الاستخدام للصناعات الإبداعية، مع التركيز على الموسيقى.
عندما سمعتُ مقطوعاتك، أول ما خطر ببالي أنها تُذكرني بالملحن الطليعي Iannis Xenakis الذي صادف أنه تعاون مع شركة IBM أيضًا في ستينيات القرن الماضي. ما رأيك فيما أبدعه، وهل هناك موسيقيون آخرون يستخدمون الحاسوب ساهموا في تمهيد الطريق لما تُبدعه اليوم؟
كان عمل Iannis Xenakis مؤثرًا جدًا في سنوات تكويني. فلقد حصلت بالفعل على درجة علمية في الحوسبة عندما عدت إلى الجامعة لدراسة الموسيقى بشكل أكثر رسمية. علمني كتابه الموسيقى الرسمية كيفية الاستفادة من خلفيتي في الحوسبة لتأليف الموسيقى. ويستعرض هذا الكتاب أساليبه المبتكرة في التأليف الموسيقي، واستكشف نظرية الفئات، والعمليات العشوائية، والمنطق الرسمي والنماذج الهندسية لإنشاء الموسيقى. وأود أن أقول إن فهم عمل Xenakis شرط أساسي لاستكشاف إمكانيات أجهزة الكمبيوتر الكمومية للموسيقى.
وكان المؤلفون الموسيقيون الآخرون الذين عملوا على أجهزة الكمبيوتر في سنواتي التكوينية هم Jean-Claude Risset، وJohn Chowning وLaurie Spiegel وBrian Eno. ولكن فرقة KraftWare هي التي جعلتني مولعًا بالموسيقى الإلكترونية. فلقد قاموا بدمج التقنية، بما في ذلك أجهزة التسلسل والأصوات التي يتم إنشائها بالكمبيوتر، لخلق أسلوبهم الموسيقي الإلكتروني المميز، والذي ما زلت أجده جذابًا حتى اليوم.