Experiments in Sound and Music Quantum Computing

This chapter is an introduction to quantum computing in sound and music. This is done through a series of examples of research applying quantum computing and principles to musical systems. By this process, the key elements that differentiate quantum physical systems from classical physical systems will be introduced and what this implies for computation, sound, and music. This will also allow an explanation of the two main types of quantum computers being utilized inside and outside of academia

The Entanglement: Volumetric Music Performances in a Virtual Metaverse Environment

Telematic music performances are an established performance practice in contemporary music. Performing music pieces with geographically distributed musicians is both a technological challenge and an artistic one. These challenges and the resulting possibilities can lead to innovative aesthetic realizations. This paper presents the implementation and realization of “The Entanglement,” a telematic concert performance in a metaverse environment. The system is realized using web-based frameworks to implement a platform-independent online multi-user environment with volumetric, three- dimensional, streaming of audio and video. This allows live performance of this improvisation piece based on an algorithmic quantum computer composition within a freely explorational virtual environment. We describe the development and realization of the piece and metaverse environment, as well as its artistic and conceptual contextualization

International Interdisciplinary Conference; Quantum music (and beyond): music and new technologies in the 21st century

Организатори : Музиколошки институт САНУ (Београд) и Центар за промоцију науке (Београд

Програмирање квантних рачунара базираних на употреби логичких кола за потребе рада са музиком

There have been significant attempts previously to use the equations of quantum mechanics for generating sound, and to sonify simulated quantum processes. For new forms of computation to be utilized in computer music, eventually hardware must be utilized. This has rarely happened with quantum computer music. One reason for this is that it is currently not easy to get access to such hardware. A second is that the hardware available requires some understanding of quantum computing theory. Tis paper moves forward the process by utilizing two hardware quantum computation systems: IBMQASM v1.1 and a D-Wave 2X. It also introduces the ideas behind the gate-based IBM system, in a way hopefully more accessible to computerliterate readers. Tis is a presentation of the frst hybrid quantum computer algorithm, involving two hardware machines. Although neither of these algorithms explicitly utilize the promised quantum speed-ups, they are a vitalfrst step in introducing QC to the musical feld. Te article also introduces some key quantum computer algorithms and discusses their possible future contribution to computer music.Досад су забележени значајни покушаји да се једначине квантне механике користе за генерисање звука и да се озвуче симулирани квантни процеси. Али, за нове облике рачунања који би се користили у компјутерској музици, мора се употребити одговарајући хардвер. Ово се досад ретко дешавало са квантном компјутерском музиком, најпре зато што такав хардвер није широко доступан. Други разлог јесте околност да овакав хардвер захтева извесно познавање теорије квантног рачунарства. Овим чланком померамо овај процес унапред помоћу два хардверска квантна рачунарска система: IBMQASM v1.1 и D-Wave 2X. Такође уводимо неке идеје из IBM-овог система заснованог на логичким колима, на начин доступан рачунарски писменим читаоцима. Ово је презентација првог хибридног квантног компјутерског алгоритма, који укључује две хардверске машине. Иако ниједан од ових алгоритама експлицитно не користи обећана квантна убрзања, они представљају виталан први корак у увођењу квантног рачунарства у поље музике. Чланак започињемо кратким прегледом квантног рачунарства и указујемо како се оно може применити на подручју уметности. Следи истраживање претходних пројеката у којима су коришћени стварни или симулирани квантни процеси у музичким делима или извођењима. У следећем одељку се говори о најпознатијој врсти квантних рачунара, заснованих на логичким колима, и описује се хардвер једног од мањих квантних рачунара компаније IBM. Следи кратак увод у теорију квантног рачунарства; ове идеје су потом пројектоване на језик који користе IBM рачунари: IBMQASM. Следећи одељак доноси кратак преглед друге врсте квантног рачунара који се користи: D-Wave. Детаљнији описи мог алгоритма доступни су у другим чланцима на које се позивам. На крају је описан qGen: IBM генерише мелодију, а D-Wave је хармонизује. Фокус је на мелодијском алгоритму, пошто је алгоритам D-Wave описан у поглављу из књиге на коју реферирам. Развијен је “најједноставнији могући“ мелодијски алгоритам, уз који је приложен и одговарајући пример

Creative Quantum Computing: Inverse FFT Sound Synthesis, Adaptive Sequencing and Musical Composition

Quantum computing is emerging as an alternative computing technology, which is built on the principles of subatomic physics. In spite of continuing progress in developing increasingly more sophisticated hardware and software, access to quantum computing still requires specialist expertise that is largely confined to research laboratories. Moreover, the target applications for these developments remain primarily scientific. This chapter introduces research aimed at improving this scenario. Our research is aimed at extending the range of applications of quantum computing towards the arts and creative applications, music being our point of departure. This chapter reports on initial outcomes, whereby quantum information processing controls an inverse Fast Fourier Transform (FFT) sound synthesizer and an adaptive musical sequencer. A composition called Zeno is presented to illustrate a practical real-world application.Comment: Pre-publication draft. Replacement of figures 5 and 8, 06 Dec 2

Applying quantum hardware to non-scientific problems: Grover’s algorithm and rule-based algorithmic music composition

© 2019, Old City Publishing. All rights reserved. Of all novel computing methods, quantum computation (QC) is currently the most likely to move from the realm of the unconventional into the conventional. As a result some initial work has been done on applications of QC outside of science: for example music. The small amount of arts research done in hardware or with actual physical systems has not utilized any of the advantages of quantum computation (QC): the main advantage being the potential speed increase of quantum algorithms. This paper introduces a way of utilizing Grover’s algorithm - which has been shown to provide a quadratic speed-up over its classical equivalent - in algorithmic rule-based music composition. The system introduced - qgMuse - is simple but scalable. Example melodies are composed using qgMuse using the ibmqx4 quantum hardware. The paper concludes with discussion on how such an approach can grow with the improvement of quantum computer hardware and software

Quantum Computer: Hello, Music!

Quantum computing is emerging as a promising technology, which is built on the principles of subatomic physics. By the time of writing, fully fledged practical quantum computers are not widely available. But research and development are advancing rapidly. Various software simulators are already available. And a few companies have already started to provide access to quantum hardware via the cloud. These initiatives have enabled experiments with quantum computing to tackle some realistic problems in science; e.g., in chemistry and cryptography. In spite of continuing progress in developing increasingly more sophisticated hardware and software, research in quantum computing has been focusing primarily on developing scientific applications. Up till now there has been virtually no research activity aimed at widening the range of applications of this technology beyond science and engineering. In particular applications for the entertainment industry and creative economies. This article introduces a new field of research, which is referred to as Quantum Computer Music. This research is aimed at the development of quantum computing tools and approaches to creating, performing, listening to and distributing music. The article begins with a brief historical background. Then, it introduces the notion of algorithmic music and presents two quantum computer music systems: a singing voice synthesiser and a musical sequencer based on quantum walk. A primer on quantum computing is also given. The chapter ends with a concluding discussion and advice for further work to develop this new exciting area of research

Musicology 24 (I /2018)

Тема броја 24 Квантна музика инспирисана је истоименим међународним пројектом кофинансираним од стране Европске Уније у оквиру програма Креативна Европа, којим сам руководила током претходне три године (559695-CREA-1-2015-1-RS-CULT-COOP1, 2015-2018) . По први пут је институција из Србије – Музиколошки институт САНУ – била носилац пројекта из програма Креативна Европа, а конзорцијум партнера и придружених партнера окупио је високошколске, истраживачке и културне институције из Србије, Словеније, Данске, Холандије и Уједињеног Краљевства. Још приликом аплицирања на конкурс и каснијег потписивања уговора са Европском комисијом, истакли смо да су циљеви овог пројекта, између осталог, организовање прве конференције о квантној музици, као и објављивање специјалног броја часописа Музикологија посвећеног овој теми. Са задовољством истичем да су оба ова циља остварена. Међународна интердисциплинарна конференција посвећена квантној музици одржана је 21–22. марта 2018. године у Српској академији наука и уметности, под покровитељством Министарства просвете, науке и технолошког развоја Републике Србије и привукла је велики број заинтересованих слушалаца, као и значајну пажњу електронских и штампаних медија. Поред тога, резултате истраживања у оквиру овог пројекта презентовала сам на LIII годишњој конференцији Краљевске музичке асоцијације (RMA) на Универзитету у Ливерпулу, септембра 2017. године. У Теми броја посвећеној квантној музици објављујемо радове аутора који су непосредно учествовали у реализацији овог пројекта, али и научника који су се спонтано и самоиницијативно прикључили пројекту током три године његовог одвијања, као и радове аутора који нису ни на који начин везани за овај пројекат, већ се, независно од нашег конзорцијума, баве сродним истраживањима. Укупно девет текстова објављених у овом темату, написаних од стране аутора који су по примарној вокацији физичари, математичари, инжењери, композитори, музиколози и пијанисти, осветљава различите аспекте прожимања квантне физике и музике. Влатко Ведрал, један од наших најзначајнијих научника данашњице, професор на Универзитету у Оксфорду, у уводном тексту темата разматра теоријске могућности за “озвучавање“ квантне суперпозиције. Алексис Кирк, математичар и композитор из Плимута, бави се програмирањем квантних рачунара у циљу стварања музике, док физичар Ендру Гарнер (Сингапур/ Беч) пише о музичком интерферометру. Физичар Клаус Молмер (Орхус) и композитор Ким Хелвег (Копенхаген), сваки са свог становишта, разматрају сарадњу коју су остварили у оквиру пројекта Квантна музика, док Јелена Јанковић-Бегуш и ја анализирамо једну од Хелвегових композиција, у паралели са Булезовим разматрањима споја музике и технологије изреченим пре четрдесет година. Београдски пијанисти Соња Лончар и Андрија Павловић (ЛП Дуо), као и инжењер Драган Новковић са својим студентима, пишу о изазовима са којима су се суочили приликом креирања новог хибридног клавијатурног инструмента који је омогућио да “чујемо“ квантни свет, а у закључном тексту овог темата физичарка Кјара Марлето разматра естетске импликације квантне музике. Као координатор пројекта Квантна музика, захваљујем се програму Креативна Европа на препознавању иновативности и значаја оваквог интердисциплинарног истраживања на размеђи уметности и науке, као и Министарству културе и информисања Републике Србије и Деску Креативна Европа на финансијској, логистичкој и медијској подршци. Посебну захвалност дугујем партнерима на пројекту, који су својим пожртвованим радом допринели његовој успешној реализацији. Радови објављени у рубрици Varia баве се темама значајним за нашу средину. Вања Спасић пише о статусу оперског уметника и самоуправљању у Народном позоришту у Београду током осме и девете деценије ХХ века, док историчари Ђорђе Ђекић и Милош Павловић осветљавају делатност Теофилакта Симокате. У склопу настојања да у сваком броју часописа посветимо пажњу деловању српских академика, Селена Ракочевић пише о сестрама Љубици и Даници Јанковић и њиховом односу према примени Лабанове кинетографије. Рубрика Научна критика и 3олемика доноси четири осврта на нове публикације, као и Писмо уреднику – коментар на темат Урбана звучна екологија (објављен у бр. 22 часописа Музиколо.ија) од стране сарадника Института за архитектуру и урбанизам Србије. Драго нам је што текстови објављени у часопису Музикологија допиру до читалаца из других дисциплина, побуђују реакције и подстичу даља истраживања. У име редакције и своје лично, захваљујем се рецензентима из Србије и иностранства, који су дали велики број сугестија и допринели коначном уобличавању овог броја. Такође, захваљујем се лекторима Ивану Мудију и Мирјани Нешић и желим добродошлицу новом члану Међународног издавачког савета, Данијели Ш. Берд.The main theme of the issue No 24 Quantum Music was inspired by the eponymous international project co-funded by the Creative Europe programme of the European Union (559695-CREA-1-2015-1-RS-CULT-COOP1, 2015-2018). For the first time, an institution from Serbia – the Institute of Musicology SASA – was the project leader within the Creative Europe programme, and the consortium of partners and associate partners comprised cultural, higher education and research institutions from Serbia, Slovenia, Denmark, the Netherlands and the United Kingdom. When submitting our application and, later, signing the contract with the European Commission, we emphasised that the objectives of this project, among other things, included the organisation of the first conference on quantum music, as well as the publication of an issue of the journal Muzikologija/Musicology dedicated to this topic. I am pleased that both these goals have been achieved. The international interdisciplinary conference devoted to quantum music was held on 21 and 22 March 2018 at the Serbian Academy of Sciences and Arts, under the auspices of the Ministry of Education, Science and Technological Development of the Republic of Serbia and attracted a large number of listeners, as well as considerable media attention. In addition, I presented the research results of this project at the 53rd Annual Conference of the Royal Music Association (RMA) at the University of Liverpool (UK) in September 2017. The main theme Quantum Music contains articles by authors who directly participated in the realisation of the eponymous Creative Europe project, but also of scientists who spontaneously joined the research during the project development, as well as articles by authors who are not in any way related to this project, but they are involved with similar research independently of our consortium. A total of nine texts written by authors who are by primary vocation physicists, mathematicians, engineers, composers, musicologists and pianists, illuminate various aspects of the permeation of quantum physics and music. Vlatko Vedral, one of the most influential scientists today and Professor at the University of Oxford, explores the theoretical possibilities for hearing the quantum superposition in the article that opens this topic. Alexis Kirke, a mathematician and composer from Plymouth, deals with programming gate-based hardware quantum computers for music, while physicist Andrew Garner (Singapore / Vienna) writes about the musical Mach-Zehnder interferometer. Physicist Klaus Mølmer (Aarhus) and composer Kim Helweg (Copenhagen), each from their point of view, discuss their collaboration within the Quantum Music project, while Jelena Janković-Beguš and I analyze one of Helweg’s compositions, in parallel with Pierre Boulez’s discussion on music and technology written some forty years ago. Pianists Sonja Lončar and Andrija Pavlović (LP Duo) and engineer Dragan Novković with his students, write about the challenges they faced when creating a new hybrid keyboard instrument that enabled us to “hear“ the quantum world for the first time, and in the concluding text on this topic, physicist Chiara Marletto examines the aesthetic implications of quantum music. As a coordinator of the Quantum Music project, I am grateful to the Creative Europe programme for recognising the innovativeness and importance of such an interdisciplinary research in the field of art and science, as well as the Ministry of Culture and Information of the Republic of Serbia and Creative Europe Desk for their financial, logistical and media support. I owe special gratitude to the partners on the project, whose devotion contributed to its successful realisation. Articles published in the section Varia deal with topics important for Serbian music. Vanja Spasić writes about the status of opera artist and self-management in the Belgrade National Theatre during the 1970s and the 1980s, while historians Đorđe Đekić and Miloš Pavlović illuminate the activity of the early seventh-century Byzantine historiographer Theophylact Simocatta. As part of an effort to acknowledge the work of fellows of the Serbian Academy of Sciences and Arts in each issue of the journal, Selena Rakočević writes about sisters Ljubica and Danica Janković and their attitude towards the application of Kinetography Laban (Labanotation). The section Scientific Reviews and Polemics contains four reviews, as well as a Letter to the Editor – a comment on the topic of Urban Sound Ecology (published in No 22 of this journal) by the associates of the Institute for Architecture and Urban & Spatial Planning of Serbia. We are pleased that the texts published in our journal attract the attention of readers from other disciplines, provoke reactions and encourage further research. On behalf of the Editorial Board and my own, I would like to thank our peerreviewers who gave a large number of suggestions and contributed to the final shaping of this volume. Also, I would like to thank our English and Serbian language editors Ivan Moody and Mirjana Nešić, and it is my pleasure to welcome a new member of our International Editorial Council, Danijela S. Beard (Cardiff University).Објављивање часописа финансијски су помогли Министарство просвете, науке и технолошког развоја, Министарство културе и информисања Републике Србије и Европска унија – програм Креативна Европа / The publication of this volume was financed by the Ministry of Education, Science and Technological Development, the Ministry of Culture and Information of the Republic of Serbia and the European Union programme Creative Europe

Unconventional Computing and Music: An Investigation into Harnessing Physarum polycephalum

This thesis presents an investigation into developing musical systems with an Unconventional Computing substrate. Computer musicians have found it difficult to access the field of Unconventional Computing, which is likely due to its resource-intensive and complex nature. However, ongoing research is establishing the myxomycete Physarum polycephalum as a universally-accessible and versatile biological computing substrate. As such, the organism is a potential gateway for computer musicians to begin experimenting with aspects of Unconventional Computing. Physarum polycephalum, in its vegetative plasmodium form, is an amorphous unicellular organism that can respond with natural parallelism to the environmental conditions that surround it. This thesis explores the challenges and opportunities related to developing musical systems with Physarum polycephalum. As this area of inquiry is in its infancy, the research took inspiration from a common approach in Unconventional Computing: a journey of exploration and discovery. This journey consisted of a selection of waypoints that provided direction while allowing the research to explore applications of Physarum polycephalum in order to establish how it may be useful in Computer Music. These waypoints guided the research from adapting established prototypes for musical application to developing purpose-made musical demonstrators for use outside of the laboratory. Thus, the thesis reports on a series of Computer Music systems that explore one or more features of Physarum polycephalum's behaviour and physiology. First, the text presents an approach to algorithmic composition that exploits the organism's ability to form and reconfigure graph-like structures. Next, the thesis reports on systems that harness the plasmodium's electrical potential oscillations for sound synthesis and compositional tools. Finally, the thesis presents musical devices that encompass living plasmodium as electrical components. Where applicable, the thesis includes artefacts from demonstrations of these systems, some of which were developed in collaboration with a composer. The findings from this journey demonstrate that Physarum polycephalum is an appropriate substrate for computer musicians wanting to explore Unconventional Computing approaches creatively. Although Physarum polycephalum is relatively robust as a biological substrate, several obstacles arose during this project. This research addressed such obstacles by reviewing and selecting approaches that maintained the organism's accessibility to computer musicians. As a result, the work suggests methods for developing systems with the organism that are practical for the average music technologist and also beneficial to the wider group of scientists investigating Physarum polycephalum for other purposes.Plymouth University HumPA Studentshi