Naha Anjeun Kedah Perhatosan Neurosains Quantum

Upami anjeun teu acan nguping, sains Quantum panas bodas ayeuna, ku omongan anu pikagumbiraeun tina komputer kuantum anu teu tiasa dibayangkeun, komunikasi kuantum anu éfisién pisan sareng kaamanan cyber anu teu tiasa ditembus ngalangkungan énkripsi kuantum.

Naha sadayana hype?

Sacara sederhana, élmu kuantum ngajangjikeun kabisat maju tibatan léngkah orok anu urang parantos biasa ngalangkungan élmu sapopoé. Élmu sapopoé, salaku conto, masihan kami komputer anyar anu dua kali kakuatan unggal 2-3 taun, sedengkeun sains Quantum ngajangjikeun komputer sareng seueur jalma samilyar kali kakuatan langkung seueur tibatan komputer paling otot anu ayeuna aya.

Kalayan kecap sanésna Quantum, upami suksés, bakal ngahasilkeun pergeseran seismik dina téknologi anu bakal ngarobih dunya sakumaha urang terang, dina cara anu langkung jero tibatan Internét atanapi smartphone.

Kemungkinan anu luar biasa tina élmu Quantum sadayana timbul tina hiji bebeneran anu saderhana: fénoména kuantum lengkep ngalanggar aturan anu ngabatesan naon anu "klasik" (normal) fenomena tiasa hasil.

Dua conto dimana sains Quantum ngajantenkeun anu teu mungkin dumadakan tiasa dilakukeun, nyaéta kuantum superposisi sareng entanglement kuantum.

Hayu urang tackle superposisi kuantum heula.

Di dunya normal, objék sapertos baseball ngan ukur tiasa aya dina hiji tempat dina hiji waktos. Tapi dina dunya kuantum, partikel sapertos éléktron tiasa ngeusian sajumlah tempat anu teu aya watesna dina waktos anu sasarengan, aya dina naon anu disebut ahli fisika superposisi tina sababaraha nagara bagian. Janten di dunya kuantum, hiji hal kadang-kadang kalakuan sapertos seueur hal anu béda.

Ayeuna hayu urang nalungtik entanglement kuantum ku ngalegaan analogi baseball sakedik. Di dunya normal dua bola baseball linggih dina loker gelap di stadion liga utama di Los Angeles sareng Boston leres-leres saling mandiri, sapertos anu upami anjeun muka salah sahiji loker panyimpenan pikeun ningali hiji baseball, leres-leres henteu bakal aya kajadian baseball séjén dina loker gudang poék 3.000 mil jauhna. Tapi dina dunya kuantum, dua partikel masing-masing, sapertos fotona tiasa janten kalangkungan, sapertos anu ngan saukur ngalakukeun sensasi hiji foton ku detéktor sakedap maksa fotona anu sanés, teu jauh kumaha jauhna, pikeun nganggap kaayaan anu tangtu.

Keterlibatan sapertos kitu hartosna yén dina jagad raya kuantum, sababaraha entitas anu béda kadang tiasa berperilaku salaku hiji éntitas tunggal, teu sabaraha jauh tina entitas anu béda-béda.

Ieu bakal sami sareng ngarobih kaayaan hiji baseball — sebutkeun, maksa jantenna di luhur vs rak handap tina loker panyimpenan — cukup ku muka loker panyimpenan 3.000 mil jauhna sareng tatapa sacara sepuh béda baseball.

Paripolah "teu mungkin" ieu ngajantenkeun éntitas kuantum idéal pikeun ngalakukeun anu teu mungkin ku, contona, komputer. Dina komputer normal, sakedik inpormasi anu disimpen nyaéta enol atanapi hiji, tapi dina komputer kuantum bit anu disimpen, disebatna Qubit (bit kuantum), duanana nol sareng hiji dina waktos anu sami. Janten, dimana toko memori saderhana 8 bit tiasa ngandung nomer masing-masing tina 0 dugi ka 255 (2 ^ 8 = 256) mémori 8 Qubits tiasa nyimpen 2 ^ 8 = 256 angka misah sadaya sakaligus! Kamampuh pikeun nyimpen éksponénsial langkung seueur inpormasi naha komputer kuantum ngajanjikeun kabisat kuantum dina kakuatan ngolah.

Dina conto di luhur, mémori 8 bit dina komputer kuantum nyimpen 256 nomer antara 0 sareng 255 sadayana sakaligus bari mémori 8 bit dina komputer biasa ngan nyimpen 1 angka antara 0 sareng 255 dina hiji waktu. Ayeuna bayangkeun mémori kuantum 24 bit (2 ^ 24 = 16,777,216) kalayan ngan ukur 3 kali saloba Qubits sakumaha mémori munggaran urang: éta tiasa nyimpen kekalahan 16,777,216 nomer anu béda sakaligus!

Anu mawa kami ka simpang élmu Quantum sareng neurobiology. Otak manusa mangrupikeun prosésor anu jauh langkung kuat tibatan komputer anu aya ayeuna: naha éta ngahontal sababaraha kakuatan anu luar biasa ieu ku ngagunakeun kakuatan anéh kuantum dina cara anu sami sareng komputer kuantum?

Dugi ka ayeuna-ayeuna pisan, jawaban fisikawan pikeun patarosan éta mangrupikeun "Henteu."

Fénoména kuantum sapertos superposisi ngandelkeun ngasingkeun fénoména éta ti lingkungan sakurilingna, khususna panas di lingkungan anu netepkeun partikel, ngaganggu imah kuantum hip-hipu tina kartu superposisi sareng maksa partikel khusus pikeun nempatan titik A atanapi titik B , tapi henteu pernah duanana dina waktos anu sami.

Janten, nalika para ilmuwan nalungtik fénoména kuantum, aranjeunna bakal jauh-jauh teuing pikeun ngasingkeun matéri anu nuju diulikna ti lingkungan sakitar, biasana ku nurunkeun suhu dina ékspériménna nepi ka ampir nol total.

Tapi buktina dipasang ti dunya fisiologi tutuwuhan yén sababaraha prosés biologis anu ngandelkeun superposisi kuantum lumangsung dina suhu normal, naékkeun kamungkinan dunya mékanika kuantum anu teu anéh panginten tiasa nyusup kana unggal dintenna sistem biologis anu sanés, sapertos urang sistim saraf.

Salaku conto, dina Méi 2018 tim panilitian di Universitas Groningen anu kalebet ahli fisika Thomas la Cour Jansen mendakan buktina yén tutuwuhan sareng sababaraha baktéri fotosintétik ngahontal efisiensi ampir 100% ngarobah sinar panonpoé kana énergi anu tiasa dianggo ku ngamangpaatkeun kanyataan yén nyerep tanaga surya nyababkeun sababaraha éléktron dina molekul lampu-candak pikeun sakaligus aya dina kaayaan kuantum anu bungah sareng non-bungah sumebar di jarak anu cukup panjang dina jero pepelakan, ngamungkinkeun éléktron anu gaduh cahaya terang pikeun nyungsi jalur anu pang éfisiénna tina molekul dimana cahaya ditangkap kana molekul anu béda-béda dimana énergi anu tiasa dianggo pikeun pepelakan didamel.

Évolusi, dina pamilarian anu teu kendatna pikeun insinyur bentuk kahirupan anu paling éfisién énergi, sigana henteu merhatoskeun kapercayaan ahli fisika yén épék kuantum anu mangpaat henteu tiasa kajantenan dina lingkungan anu bijil, haneut tina biologi.

Kapendakan épék kuantum dina biologi tutuwuhan parantos nimbulkeun bidang élmu anu anyar pisan anu disebat biologi kuantum. Dina sababaraha taun ka pengker, biologis kuantum parantos nyayogikeun bukti sipat mékanis kuantum dina persépsi médan magnét dina panon sababaraha manuk (ngamungkinkeun manuk pikeun nganapigasi nalika hijrah), sareng dina aktivasina reséptor bau di manusa. Panaliti visi ogé mendakan yén photoreceptors dina rétina manusa sanggup ngahasilkeun sinyal listrik tina néwak quanta tunggal énergi cahaya.

Naha épolusi ogé ngajantenkeun otak urang hiper-épisién dina ngahasilkeun énergi anu tiasa dianggo atanapi ngirimkeun sareng nyimpen inpormasi diantara neuron anu nganggo épék kuantum sapertos superposisi sareng entanglement?

Neurosains dina awal pisan nalungtik kamungkinan ieu, tapi kuring pikeun hiji jalma bungah ngeunaan bidang anu anyar lahirna neurosains kuantum sabab éta tiasa ngakibatkeun terobosan anu murag tina pamahaman uteuk urang.

Kuring nyarios ieu kusabab sajarah sains ngajar urang yén terobosan anu paling ageung ampir-ampiranna asalna tina ideu anu, sateuacan aya terobosan anu khusus, katingalina anéh pisan. Papanggihan Einstein yén rohangan sareng waktos leres-leres hal anu sami (relativitas umum) mangrupikeun salah sahiji conto, papanggihan Darwin yén manusa mekar tina bentuk kahirupan anu langkung primitif, mangrupikeun hal anu sanés. Sareng tangtosna, Planck, Einstein sareng Bohr mendakan mékanika kuantum ti heula, masih sanés.

Sadayana anu sacara kuat nunjukkeun yén ideu anu aya di buruan énjing anu robih kamajuan dina neurosains, dinten ayeuna bakal sigana seueur jalma janten teu pisan sareng teu mungkin.

Ayeuna, ngan kusabab biologi kuantum dina uteuk disada anéh sareng mustahil henteu sacara otomatis cocog janten sumber kabisat buta salajengna dina neurosains. Tapi kuring gaduh firasat yén pamahaman anu langkung jero ngeunaan épék kuantum dina sistem hirup bakal ngahasilkeun wawasan anyar anu penting ngeunaan otak urang sareng sistem saraf, upami teu aya alesan anu sanés, yén nyoko kana sudut pandang kuantum bakal nyababkeun ahli saraf pikeun milarian jawaban anu anéh sareng tempat anu saé anu aranjeunna henteu pernah nganggap nalungtik sateuacanna.

Sareng nalika panaliti ningali kana fénoména anu anéh sareng ngajentul éta, fénoména éta, panginten, sapertos misan na anu nyangkut dina fisika partikel, tingali deui aranjeunna!