Чаро шумо бояд дар бораи неврологияи квантӣ ғамхорӣ кунед

Дар ҳолате, ки шумо нашунидаед, илми Квантӣ ҳоло гарм аст ва бо гуфтугӯи ҳаяҷонангез дар бораи компютерҳои тасаввурнашавандаи квантӣ, алоқаи квантии ултра-самарабахш ва амнияти кибернопазир тавассути шифргузории квантӣ.

Чаро ҳама овозаҳо?

Соддатар карда гӯем, илми квантӣ ба ҷои қадамҳои кӯдаконе, ки мо тавассути илми ҳаррӯза ба онҳо одат кардаем, ҷаҳишҳои азимеро ба ваъда медиҳад. Масалан, илми ҳаррӯза ба мо компютерҳои нав медиҳад, ки қудраташон дар ҳар 2-3 сол дучанд мешавад, дар ҳоле ки илми квантӣ компютерҳои дорои шумораи зиёдро ваъда медиҳад триллионҳо маротиба қудрат нисбат ба компютери мушакии бештар имрӯза.

Ба ибораи дигар, илми квантӣ, дар сурати муваффақ шудан, тағйири сейсмикии технологияро ба вуҷуд меорад, ки ҷаҳонро тавре, ки мо медонем, шакл медиҳад, ҳатто дар роҳҳои амиқтар аз интернет ё смартфонҳо.

Имкониятҳои ҳайратангези илми Квантӣ ҳама аз як ҳақиқати оддӣ ба вуҷуд меоянд: падидаҳои квантӣ қоидаҳоеро, ки он падидаҳои «классикӣ» (муқаррарӣ) -ро иҷро карда метавонад, комилан вайрон мекунанд.

Ду мисоле, ки илми квантӣ чизи қаблан ғайриимконро ғайриимкон месозад, суперпозицияи квантӣ ва печиши квантӣ мебошанд.

Биёед аввал суперпозисияи квантиро мубориза барем.

Дар ҷаҳони муқаррарӣ, ашёе монанди бейсбол метавонад танҳо дар як вақт дар як вақт бошад. Аммо дар ҷаҳони квантӣ заррае ба монанди электрон метавонад миқдори беохирро ишғол кунад Ҳамзамон, ки дар он чизе, ки физикҳо онро суперпозияи якчанд ҳолат меноманд. Ҳамин тавр, дар ҷаҳони квантӣ як чиз баъзан ба монанди чизҳои гуногун рафтор мекунад.

Ҳоло биёед ғавғои квантиро бо роҳи дароз кардани қиёси бейсбол каме пеш барорем. Дар ҷаҳони муқаррарӣ ду бейсбол дар стадионҳои лигаи олӣ дар шкафҳои торик нишаста дар Лос Анҷелес ва Бостон аз якдигар комилан мустақиланд, ба шарте ки агар шумо яке аз ҷевонҳои нигаҳдориро кушоед то ба як бейсбол нигаред, ба бейсболи дигар комилан ҳеҷ чиз рӯй нахоҳад дод дар ҷевони нигаҳдории торик 3000 мил дуртар. Аммо дар ҷаҳони квантӣ, ду зарраҳои инфиродӣ, ба монанди фотонҳо метавонад печида шавед, ба тавре ки танҳо амали ҳис кардани як фотон бо детектор фотони дигарро фавран маҷбур мекунад, ки фотони дигарро, новобаста аз он ки чӣ қадар дур бошад, ҳолати мушаххасро қабул кунад.

Чунин печиш маънои онро дорад, ки дар олами квантӣ, воҳидҳои гуногуни гуногун баъзан метавонанд ҳамчун як воҳиди ягона рафтор кунанд, новобаста аз он ки ҷудоиҳои ҷудогона чӣ қадар дур бошанд.

Ин баробар ба тағир додани ҳолати як бейсбол хоҳад буд - масалан, маҷбур кардани он дар болои ва рафи поёни ҷевони нигаҳдорӣ - танҳо бо кушодани ҷевони нигаҳдорӣ дар масофаи 3000 мил ва ба кулл нигаристан. гуногун бейсбол.

Ин рафтори "ғайриимкон" ашёи квантиро барои иҷрои ғайриимкон бо масалан, компютер беҳтарин мекунад. Дар компютерҳои муқаррарӣ каме иттилооти захирашуда ё сифр ё як аст, аммо дар компютери квантӣ бити ҳифзшуда, ки онро Кубит (бит квантӣ) меноманд, ҳамзамон сифр ва ҳамзамон як аст. Ҳамин тариқ, дар он ҷое ки мағозаи хотираи оддии иборат аз 8 бит метавонад рақами инфиродии аз 0 то 255 (2 ^ 8 = 256) -ро дар бар гирад, хотираи 8 кубит метавонад 2 ^ 8 = 256 нигоҳ дорад. рақамҳои алоҳида ҳама якбора! Қобилияти нигоҳ доштани иттилооти беандоза бештар дар он аст, ки чаро компютерҳои квантӣ ҷаҳиши квантиро дар қудрати коркард ваъда медиҳанд.

Дар мисоли боло, хотираи 8 битӣ дар компютери квантӣ 256 ададро аз 0 то 255 якбора нигоҳ медорад, дар ҳоле ки хотираи 8 бит дар компютери оддӣ ҳамагӣ 1 ададро аз 0 то 255 дар як вақт нигоҳ медорад. Акнун тасаввур кунед, ки хотираи квантии 24-битӣ (2 ^ 24 = 16,777,216) бо шумораи 3 кубит нисбат ба хотираи аввалини мо ҳамагӣ 3 маротиба зиёдтар аст: он метавонад азимро нигоҳ дорад Якбора 16 777 216 рақамҳои гуногун!

Ки моро ба чорроҳаи илмҳои квантӣ ва нейробиология мерасонад. Мағзи инсон протсессори нисбатан пурқудратест аз ҳама гуна компютерҳои имрӯза: оё он ба баъзе аз ин қудрати олиҷаноб тавассути ба кор бурдани аҷоиботи квантӣ ба ҳамон тарзе, ки компютерҳои квантӣ ба даст меоранд, ноил мешавад?

То ба наздикӣ, ҷавоби физикҳо ба ин савол ҷавоби "Не" буд.

Падидаҳои квантӣ, ба монанди суперпозиция, ба ҷудо кардани он падидаҳо аз муҳити атроф, алахусус гармӣ дар муҳити атроф такя мекунанд, ки зарраҳоро ба ҳаракат меорад, хонаи гипернозуки квантии кортҳои суперпозицияро вайрон мекунад ва зарраҳои мушаххасро маҷбур мекунад, ки ё нуқтаи А ё нуқтаи В-ро ишғол кунанд. , аммо ҳеҷ гоҳ ҳарду ҳамзамон.

Ҳамин тариқ, вақте ки олимон падидаҳои квантиро меомӯзанд, онҳо барои ҷудо кардани маводи таҳсилкардаашон аз муҳити атроф ба қадри кофӣ кӯшиш мекунанд, одатан ҳароратро дар таҷрибаҳои худ ба сифри мутлақ паст мекунанд.

Аммо далелҳо аз ҷаҳони физиологияи растаниҳо афзоиш меёбанд, ки баъзе равандҳои биологие, ки ба суперпозисияи квантӣ такя мекунанд, дар ҳарорати муқаррарӣ ба амал меоянд ва имкон медиҳанд, ки ҷаҳони тасаввурнашавандаи механикаи квантӣ воқеан ба корҳои ҳаррӯзаи системаҳои дигари биологӣ дахолат кунад, ба монанди мо системаҳои асаб.

Масалан, моҳи майи соли 2018 як гурӯҳи тадқиқотӣ дар Донишгоҳи Гронинген, ки физик Томас ла Кур Янсенро дар бар мегирифт, далелҳоеро дарёфт кард, ки растаниҳо ва баъзе бактерияҳои фотосинтетикӣ тақрибан 100% самаранокии табдил додани нури офтобро ба энергияи истифодашаванда бо истифода аз он, ки азхудкунии энергияи офтоб боиси баъзе электронҳо мегардад молекулаҳои равшанидиҳанда дар як вақт ҳам дар ҳолатҳои ҳаяҷоновар ва ҳам ҳаяҷонноки квантӣ дар масофаҳои нисбатан тӯлонӣ дар дохили растанӣ паҳн шуда, имкон медиҳанд, ки электронҳои рӯшноӣ роҳи аз ҳама самарабахшро аз молекулаҳое гиранд, ки нур ба молекулаҳои гуногун, ки дар онҳо энергияи қобили истифода аст, пайдо кунанд барои ниҳол сохта шудааст.

Эволютсия, дар ҷустуҷӯи бемайлони худ барои эҷоди шаклҳои аз ҳама энергия камсамари ҳаёт, ба назар чунин менамояд, ки эътиқоди физикҳо дар бораи он, ки таъсири муҳити квантӣ дар муҳити гарми тари биология ба амал омада наметавонад.

Кашфи таъсирҳои квантӣ дар биологияи растаниҳо соҳаи тамоман нави илмро бо номи биологияи квантӣ ба вуҷуд овард. Дар чанд соли охир биологҳои квантӣ далелҳои хосиятҳои механикии квантиро дар дарки майдони магнитӣ дар назари баъзе паррандагон (имкон медиҳанд, ки паррандагон ҳангоми муҳоҷират ҳаракат кунанд) ва дар фаъолсозии ретсепторҳои бӯй дар одамон. Муҳаққиқони рӯъё инчунин кашф карданд, ки фоторецепторҳо дар ретинаи инсон қобилияти эҷоди сигналҳои барқиро аз гирифтани як кванти ягонаи энергияи нур доранд.

Оё эволютсия инчунин мағзи моро ҳангоми эҷоди энергияи истифодашаванда ё интиқол ва нигоҳдории иттилоот дар байни нейронҳо бо истифода аз эффектҳои квантӣ, ба монанди суперпозиция ва печидан, гипер самаранок сохт?

Неврологҳо дар оғози таҳқиқи ин эҳтимол ҳастанд, аммо ман аз як соҳаи пайдоиши неврологияи квантӣ ба ҳаяҷон меоям, зеро он метавонад боиси кашфиётҳои ҷоғуд дар фаҳмиши мо дар бораи майна гардад.

Ман инро барои он мегӯям, ки таърихи илм ба мо таълим медиҳад, ки пешрафтҳои бузургтарин қариб ҳамеша аз он ғояҳое бармеоянд, ки пеш аз пешрафти мушаххас бениҳоят аҷиб садо медиҳанд. Кашфи Эйнштейн дар бораи он ки фазо ва замон воқеан як чизанд (нисбии умумӣ) як мисол аст, кашфи Дарвин дар бораи он, ки одамон аз шаклҳои ибтидоии ҳаёт ба вуҷуд омадаанд, мисоли дигар аст. Ва албатта, кашфи Планк, Эйнштейн ва Бор дар ҷои аввал механикаи квантӣ бори дигар аст.

Ҳамаи ин ба таври қатъӣ нишон медиҳад, ки ғояҳои пуштибонии бозии фардо пешрафтҳоро дар соҳаи неврология тағйир медиҳанд, имрӯз ба аксари одамон хеле ғайриоддӣ ва ғайриимкон ба назар мерасанд.

Ҳоло, аз он сабаб, ки биологияи квантӣ дар мағз аҷиб ва ғайри қобили садо менамояд, онро ба таври худкор ба сифати сарчашмаи ҷаҳиши навбатии пешрафта дар неврология муайян намекунад. Аммо ман як тасаввуроте дорам, ки дарки амиқи таъсири квантӣ дар системаҳои зинда дар бораи мағзҳо ва системаҳои асаби мо тасаввуроти нави муҳим ба бор хоҳад овард, агар бидуни ягон сабаби дигар, қабул кардани нуқтаи назари квантӣ боиси неврологҳо мегардад, ки посухҳои аҷоиб ва ҷойҳои олиҷанобе, ки онҳо ҳеҷ гоҳ дар бораи тафтишот фикр намекарданд.

Ва вақте ки муфаттишон ба он падидаҳои аҷоиб ва аҷоиб менигаранд, он падидаҳо, метавонанд, ба монанди ҷияни дар физикаи зарраҳо печида, ба онҳо нигоҳ кунанд!