La physique quantique pourrait-elle être la clé des secrets des comportements humains ?

Le comportement humain est une énigme qui fascine de nombreux scientifiques. Le rôle des probabilités dans l'explication du fonctionnement de notre esprit a fait l'objet de nombreuses discussions.

La probabilité est un cadre mathématique conçu pour nous indiquer la probabilité qu'un événement se produise - et fonctionne bien pour de nombreuses situations quotidiennes. Par exemple, elle décrit le résultat d'un jeu de pile ou face comme étant ½ - ou 50 % - parce qu'il est tout aussi probable d'obtenir soit pile, soit face.

Pourtant, des recherches ont montré que le comportement humain ne peut pas être entièrement pris en compte par ces lois de probabilité traditionnelles ou "classiques". Pourrait-il plutôt s'expliquer par le fonctionnement des probabilités 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. Toutefois, comme nous le verrons, dans le monde quantique, les probabilités suivent des règles très différentes.

Les découvertes des deux dernières décennies ont mis en lumière le rôle crucial de la "quantique" dans la cognition humaine, c'est-à-dire la manière dont le cerveau humain traite les informations pour acquérir des connaissances ou de la compréhension. Ces découvertes ont également des implications potentielles pour le développement de l'intelligence artificielle (IA).

L'"irrationalité" humaine

Le 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 comportements 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 montré qu'une majorité d'étudiants ayant réussi un examen de fin d'année préfèrent partir en vacances après l'examen. 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 voudrait qu'il opte pour les vacances car 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 connaissaient pas leur résultat.

Intuitivement, il n'est pas difficile de comprendre que les étudiants n'aient pas envie de partir en vacances s'ils doivent se préoccuper de leurs résultats d'examen pendant tout ce temps. Mais les probabilités classiques ne rendent pas compte avec précision de ce comportement, qui est donc qualifié d'irrationnel. De nombreuses violations similaires des règles de probabilité classiques ont été observées dans les 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 revanche, en physique quantique, les réponses à une série de questions peuvent dépendre de façon 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 seul résultat.

Les résultats seront généralement différents lorsque l'ordre est inversé, en raison d'une caractéristique bien connue de la mécanique quantique. Le simple fait de mesurer une propriété d'un système quantique peut affecter la chose mesurée (dans ce cas, le spin d'un électron) et, par conséquent, le résultat de toute expérience ultérieure.

La dépendance à l'ordre peut également être observée dans le comportement humain. Par exemple, dans une étude publiée il y a 20 ans sur les effets de l'ordre des questions sur les réponses des personnes interrogées, on a demandé à des sujets s'ils pensaient que le précédent président des États-Unis, 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'ils étaient honnêtes. En revanche, lorsque les chercheurs ont interrogé les répondants sur Gore d'abord, puis sur Clinton, 68 % et 60 % d'entre eux ont répondu qu'ils étaient honnêtes.

Au quotidien, on pourrait penser 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 à la façon dont les probabilités fonctionnent dans la mécanique quantique.

De telles observations ont conduit le chercheur en sciences cognitives Jerome Busemeyer et bien d'autres à reconnaître que la mécanique quantique peut, dans l'ensemble, expliquer le comportement humain de manière plus cohérente.

Sur la base de cette hypothèse étonnante, un nouveau champ de recherche appelé "cognition quantique" a vu le jour 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, mes collaborateurs et moi-même avons mis au point, au cours des deux dernières décennies, un cadre permettant de modéliser - ou de simuler - la dynamique du comportement cognitif des personnes lorsqu'elles assimilent des informations "bruyantes" (c'est-à-dire imparfaites) provenant du monde extérieur.

Nous avons à nouveau constaté que les techniques mathématiques mises au point pour modéliser le monde quantique pouvaient être appliquées à la modélisation de la façon dont le cerveau humain traite les données bruyantes.

Ces principes peuvent être appliqués à d'autres comportements en biologie, au-delà du seul cerveau. Les plantes vertes, par exemple, ont la remarquable capacité d'extraire et d'analyser des informations chimiques et autres de leur environnement et de s'adapter aux changements.

Mon estimation approximative, basée sur une expérience récente sur des haricots communs, suggère qu'elles peuvent traiter ces informations externes plus efficacement que le meilleur ordinateur dont nous disposons aujourd'hui.

Dans ce contexte, l'efficacité signifie que la plante est constamment capable de réduire l'incertitude de son environnement externe dans toute la mesure du possible, compte tenu des circonstances. Il peut s'agir, par exemple, de détecter facilement la direction de la lumière, de sorte 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, qui est importante pour sa survie.

Des règles similaires peuvent s'appliquer au cerveau humain, en particulier à la façon dont notre état d'esprit change lorsque nous détectons des signaux extérieurs. Tout cela est important pour la trajectoire actuelle du développement technologique. Si notre comportement est mieux décrit par la manière 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 les règles quantiques, et non les règles classiques.

J'ai appelé cette idée l'intelligence quantique artificielle (IQA). De nombreuses recherches sont nécessaires pour développer des applications pratiques à partir d'une telle idée.

Mais l'IQA pourrait nous aider à atteindre l'objectif de systèmes d'IA qui se comportent davantage comme une personne réelle.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation.