Pse duhet të kujdeseni për neuroshkencën kuantike

Në rast se nuk e keni dëgjuar, shkenca kuantike është e nxehtë tani, me biseda të ngazëllyera për kompjutera kuantik të paimagjinueshëm të fuqishëm, komunikim kuantik ultra-efikas dhe siguri kibernetike të padepërtueshme përmes enkriptimit kuantik.

Pse gjithë hype?

Ta themi thjesht, shkenca kuantike premton hapa gjigantë përpara në vend të hapave të bebes që jemi mësuar përmes shkencës së përditshme. Shkenca e përditshme, për shembull, na jep kompjuterë të rinj që dyfishojnë fuqinë çdo 2-3 vjet, ndërsa shkenca kuantike premton kompjuterë me shumë triliona herë më shumë energji sesa kompjuteri më muskulor i disponueshëm sot.

Me fjalë të tjera, shkenca kuantike, nëse është e suksesshme, do të prodhojë një ndryshim sizmik në teknologji që do të riformojë botën siç e njohim ne, në mënyra edhe më të thella sesa bënë interneti ose smartphone-t.

Mundësitë marramendëse të shkencës kuantike burojnë të gjitha nga një e vërtetë e thjeshtë: fenomenet kuantike thyejnë plotësisht rregullat që kufizojnë atë që mund të arrijnë dukuritë "klasike" (normale).

Dy shembuj ku shkenca kuantike bën atë që dikur ishte e pamundur papritmas e mundur, janë superpozimi kuantik dhe ngatërrimi kuantik.

Le të merremi më parë me superpozicionin kuantik.

Në botën normale, një objekt i tillë si një bejsboll mund të jetë vetëm në një vend në të njëjtën kohë. Por në botën kuantike, një grimcë e tillë si një elektron mund të zërë një numër të pafund vendesh në të njëjtën kohë, ekzistuese në atë që fizikanët e quajnë mbivendosje të gjendjeve të shumta. Pra, në botën kuantike, një gjë ndonjëherë sillet si shumë gjëra të ndryshme.

Tani le të shqyrtojmë ngatërresën kuantike duke zgjatur analogjinë e bejsbollit pak më tej. Në botën normale dy bejsbollë të ulur në dollapët e errët në stadiumet e ligës kryesore në Los Anxhelos dhe Boston janë plotësisht të pavarur nga njëri-tjetri, të tillë që nëse hapni një nga dollapët e magazinimit për të parë një bejsboll, absolutisht asgjë nuk do të ndodhte me bejsbollin tjetër në një dollap me kyç të magazinimit të errët 3000 milje larg. Por në botën kuantike, dy grimca individuale, të tilla si fotone mundet ngatërrohet, e tillë që veprimi i thjeshtë i ndijimit të një fotoni me një detektor e detyron menjëherë fotonin tjetër, pavarësisht sa larg, të marrë një gjendje të veçantë.

Një ngatërrim i tillë do të thotë që në universin kuantik, entitete të shumta të dallueshme ndonjëherë mund të sillen si një entitet i vetëm, pa marrë parasysh se sa larg ndodhen entitetet e dallueshme.

Ky do të ishte ekuivalenti i ndryshimit të gjendjes së një bejsbolli - të themi, duke e detyruar atë të jetë në raftin e sipërm kundrejt pjesës së poshtme të një dollap me kyç - thjesht duke hapur një dollap ruajtjeje 3,000 milje larg dhe duke parë një krejtësisht të ndryshme bejsboll

Këto sjellje "të pamundura" i bëjnë entitetet kuantike ideale për të bërë të pamundurën, për shembull, me kompjuterë. Në kompjuterët normal një bit i ruajtur i informacionit është ose një zero ose një, por në një kompjuter kuantik një bit i ruajtur, i quajtur Qubit (bit kuantik), është njëkohësisht zero dhe një në të njëjtën kohë. Kështu, ku një memorie e thjeshtë memorje prej 8 bitësh mund të përmbajë çdo numër individual nga 0 në 255 (2 ^ 8 = 256) një memorie prej 8 Qubits mund të ruajë 2 ^ 8 = 256 numra të veçantë të gjitha menjëherë! Aftësia për të ruajtur në mënyrë eksponenciale më shumë informacion është arsyeja pse kompjuterët kuantikë premtojnë një hap të madh në fuqinë e përpunimit.

Në shembullin e mësipërm, një memorje 8 bit në një kompjuter kuantik ruan 256 numra midis 0 dhe 255 të gjitha menjëherë, ndërsa një memorie 8 bit në një kompjuter të zakonshëm ruan vetëm 1 numër midis 0 dhe 255 në të njëjtën kohë. Tani imagjinoni një memorje kuantike 24 bit (2 ^ 24 = 16,777,216) me vetëm 3 herë më shumë Qubits se kujtesa jonë e parë: ajo mund të ruajë një dajak 16,777,216 numra të ndryshëm në të njëjtën kohë!

E cila na sjell në kryqëzimin e shkencës kuantike dhe neurobiologjisë. Truri i njeriut është një procesor shumë më i fuqishëm se çdo kompjuter i disponueshëm sot: a e arrin ai një pjesë të kësaj fuqie të mrekullueshme duke shfrytëzuar çuditshmërinë kuantike në të njëjtën mënyrë që bëjnë kompjuterët kuantikë?

Deri vonë, përgjigja e fizikanëve për këtë pyetje ka qenë një "Jo" kumbuese.

Fenomenet kuantike si superpozimi mbështeten në izolimin e atyre fenomeneve nga mjedisi përreth, veçanërisht nxehtësinë në mjedis që vë në lëvizje grimcat, duke prishur shtëpinë kuantike hiper-delikate të kartave të superpozimit dhe duke detyruar një grimcë të veçantë të zërë pikën A ose pikën B , por kurrë të dy në të njëjtën kohë.

Kështu, kur shkencëtarët studiojnë fenomenet kuantike ata bëjnë shumë përpjekje për të izoluar materialin që po studiojnë nga mjedisi përreth, zakonisht duke ulur temperaturën në eksperimentet e tyre në gati zero absolute.

Por provat po rriten nga bota e fiziologjisë së bimëve që disa procese biologjike që mbështeten në superpozimin kuantik ndodhin në temperatura normale, duke rritur mundësinë që bota e çuditshme e paimagjinueshme e mekanikës kuantike mund të ndërhyjë në punën e përditshme të sistemeve të tjera biologjike, të tilla si sistemet nervore.

Për shembull, në maj 2018 një ekip hulumtues në Universitetin Groningen që përfshiu fizikantin Thomas la Cour Jansen gjeti prova që bimët dhe disa baktere fotosintetike arrijnë gati 100% efikasitet duke shndërruar rrezet e diellit në energji të përdorshme duke shfrytëzuar faktin se thithja e energjisë diellore shkakton disa elektrone në molekulat që kapin dritën të ekzistojnë njëkohësisht në gjendje kuantike të ngazëllyer dhe jo të ngazëllyer të përhapura në distanca relativisht të gjata brenda uzinës, duke lejuar që elektronet e ngacmuar nga drita të gjejnë rrugën më efikase nga molekulat ku drita kapet në molekula të ndryshme ku energjia e përdorshme sepse bima është krijuar.

Evolucioni, në përpjekjen e tij të pamëshirshme për të inxhinierizuar format më të efektshme të energjisë në jetë, duket se ka injoruar bindjen e fizikantëve se efektet e dobishme kuantike nuk mund të ndodhin në mjediset e ngrohta dhe të lagështa të biologjisë.

Zbulimi i efekteve kuantike në biologjinë e bimëve ka dhënë lindjen e një fushe krejtësisht të re të shkencës të quajtur biologji kuantike. Në vitet e fundit, biologët kuantikë kanë zbuluar prova të vetive mekanike kuantike në perceptimin e fushës magnetike në sytë e disa zogjve (duke u mundësuar zogjve të lundrojnë gjatë migrimit) dhe në aktivizimin e receptorëve të nuhatjes tek njerëzit. Studiuesit e vizionit kanë zbuluar gjithashtu se fotoreceptorët në retinën njerëzore janë të aftë të gjenerojnë sinjale elektrike nga kapja e një kuanti të vetëm të energjisë së dritës.

A e bëri evolucioni gjithashtu trurin tonë hiper-efikas në gjenerimin e energjisë së dobishme ose transmetimin dhe ruajtjen e informacionit midis neuroneve duke përdorur efekte kuantike të tilla si mbivendosja dhe ngatërrimi?

Neuroshkencëtarët janë në fillim të hetimit të kësaj mundësie, por unë për një jam i ngazëllyer për fushën e lindjes së neuroshkencës kuantike sepse kjo mund të çojë në përparime të rënies së nofullës në kuptimin tonë të trurit.

E them këtë sepse historia e shkencës na mëson se përparimet më të mëdha pothuajse gjithmonë vijnë nga ide që, përpara se të ndodhë një përparim i veçantë, tingëllojnë tepër të çuditshme. Zbulimi i Ajnshtajnit se hapësira dhe koha janë vërtet e njëjta gjë (relativiteti i përgjithshëm) është një shembull, zbulimi i Darvinit se njerëzit evoluan nga forma më primitive të jetës, është një tjetër. Dhe sigurisht, zbulimi i Planck, Einstein dhe Bohr i mekanikës kuantike në radhë të parë, është një tjetër.

E gjithë kjo nënkupton fuqimisht se idetë që qëndrojnë pas ndryshimit të lojës së nesërme në përparimet e neuroshkencës, sot për shumicën e njerëzve do të duken jashtëzakonisht joortodokse dhe të pamundshme.

Tani, vetëm sepse biologjia kuantike në tru tingëllon e çuditshme dhe e pamundur nuk e kualifikon automatikisht atë të jetë burimi i hapit tjetër gjigand përpara në neuroshkencë. Por unë kam një mendim se një kuptim më i thellë i efekteve kuantike në sistemet e gjalla do të japë njohuri të reja të rëndësishme në lidhje me trurin tonë dhe sistemet nervore, nëse për asnjë arsye tjetër, që miratimi i një këndvështrimi kuantik do të bëjë që neuroshkencëtarët të kërkojnë përgjigje në çuditshëm dhe vende të mrekullueshme që ata kurrë nuk kanë menduar të hetojnë më parë.

Dhe kur hetuesit shikojnë ato fenomene të çuditshme dhe të mrekullueshme, ato fenomene, mund të, si kushërinjtë e tyre të ngatërruar në fizikën e grimcave, t’i shikojnë prapa!