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Le comportement humain est une énigme qui fascine de nombreux scientifiques. Et il y a eu de nombreuses discussions sur le rôle de la probabilité dans l’explication du fonctionnement de notre esprit.
La probabilité est un cadre mathématique conçu pour nous indiquer la probabilité qu’un événement se produise – et fonctionne bien dans de nombreuses situations quotidiennes. Par exemple, il décrit le résultat d’un tirage au sort comme ½ – ou 50 % – parce que lancer face ou face est également probable.
Pourtant, des recherches ont montré que le comportement humain ne peut pas être entièrement capturé par ces lois de probabilité traditionnelles ou « classiques ». Cela pourrait-il plutôt s’expliquer par la façon dont les probabilités fonctionnent dans le monde plus mystérieux de la mécanique quantique ?
La probabilité mathématique est également une composante essentielle de la mécanique quantique, la branche de la physique qui décrit le comportement de la nature à l'échelle des atomes ou des particules subatomiques. Cependant, comme nous le verrons, dans le monde quantique, les probabilités suivent des règles très différentes.
Découvertes au cours des deux dernières décennies ont mis en lumière le rôle crucial du « quantisme » dans la cognition humaine – la manière dont le cerveau humain traite les informations pour acquérir des connaissances ou une compréhension. Ces découvertes ont également des implications potentielles pour le développement de l’intelligence artificielle (IA).
« L’irrationalité » humaine
Lauréat du Prix Nobel Daniel Kahnemann et d’autres chercheurs en sciences cognitives ont mené des travaux sur ce qu’ils décrivent comme « l’irrationalité » du comportement humain. Lorsque les modèles de comportement ne suivent pas strictement les règles de la théorie classique des probabilités d’un point de vue mathématique, ils sont considérés comme « irrationnels ».
Par exemple, une étude a trouvé qu'une majorité d'étudiants ayant réussi un examen de fin d'année privilégient ensuite le départ en vacances. De même, une majorité de ceux qui ont échoué souhaitent également partir en vacances.
Si un étudiant ne connaît pas son résultat, la probabilité classique prédirait qu'il optera pour les vacances parce que c'est l'option préférée, qu'il ait réussi ou échoué. Pourtant, lors de l'expérience, une majorité d'étudiants ont préféré ne pas partir en vacances s'ils ne savaient pas comment ils avaient fait.
Intuitivement, il n’est pas difficile de comprendre que les étudiants ne veuillent pas partir en vacances s’ils se soucient constamment de leurs résultats aux examens. Mais les probabilités classiques ne rendent pas compte avec précision du comportement, c’est pourquoi il est décrit comme irrationnel. De nombreuses violations similaires des règles de probabilité classiques ont été observées en sciences cognitives.
Un cerveau quantique ?
En probabilité classique, lorsqu’une séquence de questions est posée, les réponses ne dépendent pas de l’ordre dans lequel les questions sont posées. En physique quantique, en revanche, les réponses à une série de questions peuvent dépendre de manière cruciale de l’ordre dans lequel elles sont posées.
Un exemple est la mesure du spin d'un électron dans deux directions différentes. Si vous mesurez d’abord le spin dans le sens horizontal puis dans le sens vertical, vous obtiendrez un résultat.
Les résultats seront généralement différents lorsque l’ordre est inversé, en raison d’une caractéristique bien connue de la mécanique quantique. La simple mesure d'une propriété d'un système quantique peut affecter la chose mesurée (dans ce cas, le spin d'un électron) et donc le résultat de toute expérience ultérieure.
La dépendance à l’ordre peut également être observée dans le comportement humain. Par exemple, dans un étude publiée il y a 20 ans sur les effets de l'ordre des questions sur les réponses des répondants, il a été demandé aux sujets s'ils pensaient que l'ancien président américain, Bill Clinton, était honnête. On leur a ensuite demandé si son vice-président, Al Gore, semblait honnête.
Lorsque les questions ont été posées dans cet ordre, respectivement 50 % et 60 % des personnes interrogées ont répondu qu'elles étaient honnêtes. Mais lorsque les chercheurs ont interrogé les personnes interrogées sur Gore d'abord, puis sur Clinton, respectivement 68 % et 60 % ont répondu qu'ils étaient honnêtes.
Au quotidien, il peut sembler que le comportement humain n’est pas cohérent car il viole souvent les règles de la théorie classique des probabilités. Cependant, ce comportement semble correspondre avec le fonctionnement des probabilités en mécanique quantique.
Des observations de ce type ont conduit les spécialistes des sciences cognitives Jérôme Busemeyer et bien d’autres pour reconnaître que la mécanique quantique peut, dans l’ensemble, expliquer le comportement humain de manière plus cohérente.
Partant de cette étonnante hypothèse, un nouveau domaine de recherche appelé « cognition quantique » est apparu dans le domaine des sciences cognitives.
Comment est-il possible que les processus de pensée soient dictés par des règles quantiques ? Notre cerveau fonctionne-t-il comme un ordinateur quantique ? Personne ne connaît encore les réponses, mais les données empiriques semblent fortement suggérer que nos pensées suivent des règles quantiques.
Comportement dynamique
Parallèlement à ces développements passionnants, au cours des deux dernières décennies, mes collaborateurs et moi avons développé un cadre pour modéliser – ou simuler – la dynamique du comportement cognitif des personnes. pendant qu'ils digèrent "bruyant" (c’est-à-dire imparfaites) du monde extérieur.
Nous avons de nouveau constaté que les techniques mathématiques développées pour modéliser le monde quantique pourrait être appliqué à la modélisation de la manière dont le cerveau humain traite les données bruyantes.
Ces principes peuvent être appliqués à d’autres comportements en biologie, au-delà du simple cerveau. Plantes vertes, par exemple, avoir le capacité remarquable extraire et analyser des informations chimiques et autres de leur environnement et s’adapter aux changements.
Mon estimation approximative, basée sur une expérience récente sur les plants de haricots communs, suggère qu'ils peuvent traiter ces informations externes plus efficace que le meilleur ordinateur dont nous disposons aujourd'hui.
Dans ce contexte, l'efficacité signifie que l'usine est constamment capable de réduire l'incertitude sur son environnement extérieur dans la mesure du possible compte tenu de ses circonstances. Cela pourrait, par exemple, consister à détecter facilement la direction d’où vient la lumière, afin que la plante puisse pousser dans cette direction. Le traitement efficace de l'information par un organisme est également lié à l'économie d'énergie, importante pour sa survie.
Des règles similaires peuvent s’appliquer au cerveau humain, notamment en ce qui concerne la façon dont notre état d’esprit change lors de la détection de signaux extérieurs. Tout cela est important pour la trajectoire actuelle du développement technologique. Si notre comportement est mieux décrit par la façon dont les probabilités fonctionnent en mécanique quantique, alors pour reproduire avec précision le comportement humain dans les machines, les systèmes d’IA devraient probablement suivre des règles quantiques, et non des règles classiques.
J'ai appelé cette idée intelligence quantique artificielle (IQA). De nombreuses recherches sont nécessaires pour développer des applications pratiques à partir d’une telle idée.
Mais un IQA pourrait nous aider à atteindre l’objectif de systèmes d’IA qui se comportent davantage comme une personne réelle.
Dorje C. Brody, professeur de mathématiques, Université de Surrey
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.
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