La capacidad de cálculo de la computación cuántica podría ayudar a la inteligencia artificial (IA) a comprender el lenguaje humano, incluso cuando los grandes poetas utilizan metáforas, dobles sentidos y expresiones ambiguas. Teóricamente, algunas propiedades del paradigma cuántico permiten abordar el reto de interpretar palabras y frases que adquieren distintos significados según el contexto. Sin embargo, esta posibilidad apenas se ha comprobado en ensayos científicos de procesamiento del lenguaje natural con tecnologías cuánticas.
El Grupo de Procesamiento del Lenguaje y Sistemas de Información (GPLSI) de la Universidad de Alicante, adscrito al CENID, está llevando a cabo uno de los primeros ensayos de este tipo en España. El equipo explora cómo aplicar el nuevo paradigma de la informática a los sistemas de inteligencia artificial a través del proyecto exploratorio QUMLAUDE, financiado por el Ministerio de Ciencia. Su objetivo no es desarrollar una tecnología concreta, sino comprobar hasta qué punto resulta factible combinar la computación cuántica con una tecnología que está transformando el mundo.
«Con QUMLAUDE abrimos una línea nueva en el grupo que nos sitúa a la vanguardia del conocimiento», afirma su directora, Elena Lloret. Esta investigadora resalta la importancia del proyecto, ya que se trata de una aplicación de la mecánica cuántica al procesamiento del lenguaje natural, un campo fundamental para desarrollar herramientas de generación y tratamiento del lenguaje, como ChatGPT.
Cómo puede ayudar la computación cuántica a comprender el lenguaje humano
La computación cuántica todavía se encuentra en una fase de desarrollo. Aunque ya existen algunos equipos en funcionamiento, la generalización de su uso aún está lejos. No obstante, el potencial de esta tecnología ha llevado a grupos de investigación de distintas áreas a preparar el terreno para cuando alcance un mayor grado de madurez. Eso es precisamente lo que trata de hacer el GPLSI de la Universidad de Alicante con este proyecto de investigación.
Los ensayos realizados con tecnologías y algoritmos cuánticos han demostrado el potencial de este nuevo paradigma para la desambiguación de palabras, una de las tareas fundamentales del procesamiento del lenguaje natural. Se trata de identificar el significado de una palabra o expresión en función del contexto en el que aparece.
Este es uno de los problemas a los que se enfrentan los sistemas de inteligencia artificial generativa. Los seres humanos suelen distinguir los distintos significados de una palabra con facilidad, pero a las máquinas les resulta mucho más complicado. Para aprender a hacerlo, necesitan grandes cantidades de datos. La computación cuántica podría contribuir a resolver esta tarea con mayor eficacia.
«Teóricamente, todo lo que pueda tener más de un significado, como en el caso de las metáforas, se puede modelar muy bien desde el paradigma cuántico, porque la mecánica cuántica tiene distintas propiedades, como la superposición de estados y el entrelazamiento de las partículas», explica Lloret.
El principio de superposición cuántica establece que una partícula puede encontrarse en una combinación de distintos estados cuánticos. Esta propiedad se traslada al procesamiento del lenguaje natural desde la perspectiva de que una palabra o frase puede tener varios significados posibles, determinados por el contexto.
«Podemos abordar las metáforas, pero, sobre todo, la tarea básica de desambiguación de las palabras. El objetivo es comprobar si, mediante las propiedades de superposición y entrelazamiento, podemos desambiguar correctamente una palabra y aplicar después ese procedimiento a frases más largas», añade la investigadora.
QUMLAUDE: dos líneas de investigación para combinar computación cuántica e IA
La aplicación de la tecnología cuántica a la inteligencia artificial es todavía un campo poco explorado. Por este motivo, el grupo de la Universidad de Alicante, adscrito al Centro de Inteligencia Digital (CENID) de la provincia, ha estructurado el trabajo en torno a dos líneas de investigación: la optimización mediante algoritmos de inteligencia artificial de inspiración cuántica y la experimentación en un escenario plenamente cuántico.
Esta segunda línea está condicionada por la falta de madurez de los ordenadores cuánticos, que todavía presentan limitaciones para desarrollar experimentos a mayor escala.
Los algoritmos de inspiración cuántica se han empleado en modelos de aprendizaje por refuerzo y contribuyen a optimizar sus procesos. En este caso, la mejora no consiste directamente en procesar un mayor volumen de datos con un menor coste computacional. El mecanismo es más complejo, explica Elena Lloret. Las tecnologías cuánticas pueden ayudar a reducir la redundancia de la información y seleccionar los datos realmente relevantes para entrenar los modelos.
«Cuando digo optimizar me refiero a reducir el volumen de frases de entrada —los datos con los que se aprende el modelo de lenguaje— y seleccionar aquellas que sean adecuadas para tareas de clasificación. Esto lo hacemos con algoritmos de aprendizaje por refuerzo cuántico», afirma.
El equipo de QUMLAUDE también ha probado métodos cuánticos puros para generar resúmenes automáticos de textos. Para ello, ha adaptado una técnica clásica de eliminación de redundancias a una variante cuántica mediante el uso de una medida de similitud que permite estimar la cercanía entre frases.
Asimismo, el equipo ha realizado experimentos con el ordenador cuántico MareNostrum Ona, ubicado en el Centro Nacional de Supercomputación de Barcelona. «Ahí hemos podido ejecutar experimentos preliminares para abordar la desambiguación del sentido de las palabras y estudiar, desde una perspectiva cuántica, cómo una palabra puede adquirir uno u otro significado en función del contexto», añade Lloret.
Los primeros resultados de la investigación en computación cuántica e inteligencia artificial
El carácter exploratorio de QUMLAUDE ha llevado a sus responsables a centrarse, no en desarrollar una tecnología concreta, sino en comprobar si la inteligencia artificial puede beneficiarse de la computación cuántica.
Los resultados de los experimentos realizados apuntan a que el procesamiento del lenguaje natural y el paradigma cuántico comparten características que podrían favorecer su combinación.
Por ejemplo, los ensayos de generación de resúmenes sugieren que estas tecnologías podrían permitir procesar una mayor cantidad de datos de forma más eficiente. Además, en los experimentos con tecnología cuántica no se ha observado una pérdida de precisión en la generación de resúmenes. En algunos enfoques híbridos, incluso, se han obtenido mejores resultados.
«Espero que este proyecto sea la semilla que nos permita seguir avanzando en esta línea de investigación», afirma Elena Lloret.
El futuro del procesamiento del lenguaje natural con tecnologías cuánticas
QUMLAUDE mira al futuro con un enfoque multidisciplinar, ya que en esta iniciativa trabajan conjuntamente informáticos, físicos y filólogos. Esta colaboración permite abordar desde distintas perspectivas los desafíos científicos y tecnológicos que plantea la aplicación del paradigma cuántico al procesamiento del lenguaje natural.
El proyecto busca sentar las bases para desarrollar nuevas formas de combinar computación cuántica e inteligencia artificial, dos ámbitos tecnológicos cuyo potencial conjunto todavía está por explorar.
QUMLAUDE abre así la puerta a nuevas formas de procesar el lenguaje que podrían contribuir al desarrollo de una inteligencia artificial capaz de comprender mejor textos complejos, desde las obras de los grandes poetas hasta las expresiones más cotidianas, y de utilizar el lenguaje de una manera cada vez más natural.
