КТО МЫ: КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ ИЛИ ПРОСТО УМНЫЕ РОБОТЫ?

Современная неврология — кухня из молекулярной каши с приправами из квантов, спинов и изотопов. Электронные спины дают анастезирующий эффект, а ядерные — уже нейроквантовая механика. МЭТЬЮ ФИШЕР из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре* опубликовал гипотезу о том, что ядерные спины атомов фосфора могут служить рудиментарными кубитами мозга – из-за чего он способен работать как квантовый компьютер.

Ещё лет 10 назад эту гипотезу отвергли бы как нонсенс. У неё серьёзные трудности: квантовая декогеренция. Квантовый компьютер требует объединять кубиты – квантовые биты информации – чтобы привести их в запутанное состояние. Но такие кубиты весьма хрупки: один лишь фотон, столкнувшийся с кубитом, нарушит когерентность всей системы, уничтожит запутанность и разрушит её квантовые свойства. Квантовую обработку тяжело вести даже в лабораторных условиях, не говоря уже о тёплой, влажной и сложной каше человеческой биологии.

Однако, в последнее время появились доказательства того, что биосистемы могут работать с квантовой механикой, например, фотосинтез использует квантовые эффекты. Предполагаются, что у птиц есть «квантовый компас» и что чувство запаха также корнями уходит в квантовую механику.

Идея Фишера — новая наука: квантовая нейробиология. Она включает ядерную и квантовую физику, химию, биологию и сталкиваются с понятным скептицизмом. Однако, «читавшие его работы люди, не могут не прийти к выводу о том, что старик не так уж и безумен», — писал Джон Прескилл, физик из Калифорнийского технологического института после того, как Фишер делал там доклад, — «Он, возможно, что-то нащупал. По меньшей мере, он поднимает весьма интересные вопросы».

? ИТАК, ГИПОТЕЗА ФИШЕРА:

Мозг может содержать молекулы, способные выдерживать мощные квантовые суперпозиции. Ядра атомов фосфора могут иметь такую способность. Фосфор имеются в живых клетках повсюду и часто принимает форму ионов фосфата — основной единицы энергии в клетках. Большая часть энергии клетки хранится в молекулах АТФ (аденозинтрифосфата), которые содержат последовательность из трех фосфатных групп, соединенных с органической молекулой. Когда один из фосфатов отрезается, высвобождается энергия, которая используется клеткой.

У клеток есть молекулярные машины для сборки ионов фосфата в группы и для их расщепления. Фишер предложил схему, в которой два фосфатных иона могут быть размещены в суперпозиции определенного вида: в запутанном состоянии.

У ядер фосфора есть квантовое свойство — спин — которое делает их похожими на маленькие магниты с полюсами, указывающими в определенных направлениях. В запутанном состоянии спин одного ядра фосфора зависит от другого. Иными словами, запутанные состояния — это состояния суперпозиции с участием более одной квантовой частицы.

Фишер говорит, что квантово-механическое поведение этих ядерных спинов может противостоять декогеренции. Квантовые вибрации будут сильно зависеть от их окружения и «декогерировать почти сразу же». Но спины ядер не так сильно взаимодействуют со своим окружением.

И все же квантовое поведение спинов ядер фосфора должно быть «защищено» от декогеренции. Это может произойти, говорит Фишер, если атомы фосфора будут включены в более крупные объекты, которые названы «молекулами Познера». Они представляют собой кластеры из шести фосфатных ионов в сочетании с девятью ионами кальция. Существуют определенные указания на то, что такие молекулы могут быть в живых клетках, но пока они не очень убедительны.

В молекулах Познера, утверждает Фишер, спины фосфора могут противостоять декогеренции в течение дня или около того, даже в живых клетках. Следовательно, могут влиять и на работу мозга.

Идея в том, что молекулы Познера могут быть поглощены нейронами. Оказавшись внутри, молекулы будут активировать сигнал другому нейрону, распадаясь и выпуская ионы кальция. Из-за запутанности в молекулах Познера, два таких сигнала могут оказаться запутанными в свою очередь: в некотором роде, это будет квантовая суперпозиция «мысли». «Если квантовая обработка с ядерными спинами на самом деле присутствует в головном мозге, она была бы чрезвычайно распространенным явлением, происходящим постоянно», говорит Фишер.

Впервые эта идея пришла к нему в голову, когда он раздумывал о тяжёлой депрессии, которую ему пришлось пережить и от которой его вылечили препаратами на основе ионов лития. Литиевые препараты широко используются для лечения биполярного расстройства. Они работают, но никто на самом деле не знает почему.

«Я не искал квантовое объяснение, говорит Фишер. Но затем он наткнулся на работу, в которой описывалось, что препараты лития оказывали различное влияние на поведение крыс в зависимости от того, какая форма — или «изотоп» — лития использовалась.

Поначалу это озадачило ученых. С химической точки зрения, различные изотопы ведут себя почти одинаково, поэтому если литий работал как обычный препарат, изотопы должны были иметь один и тот же эффект.

Но Фишер понял, что ядра атомов различных изотопов лития могут иметь различные спины. Это квантовое свойство может влиять на то, как действуют препараты на основе лития. Например, если литий заменяет кальций в молекулах Познера, спины лития могут оказывать эффект на атомы фосфора и препятствовать их запутыванию.

Если это верно, то сможет и объяснить, почему литий может лечить биполярное расстройство.

На данный момент предположение Фишера является не более чем интригующей идеей. Но есть несколько способов ее проверить. Например, что спины фосфора в молекулах Познера могут сохранять квантовую когерентность в течение длительного времени. Это Фишер и планирует проверить дальше.

? ? ?

© Вячеслав Голованов, geektimes.ru, nlo-mir.ru/chudesa-nauki/50755-mezhdu-soznaniem-cheloveka-i-kvantovoj.html /мр.Шишкиндъ

___________

* МЭТЬЮ ФИШЕР — физик-теоретик, изучающий т.н. "конденсированные состояния" (ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B0_%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D1%81%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%81%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%8F%D0%BD%D0%B8%D1%8F) в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре.

Автор популярной работы "Являемся ли мы квантовыми компьютерами или просто умными роботами?"

Родился 19 мая 1960 г в Лондоне в семье известного англо-американского физика Майкла Эллиса Фишера Его брат также физик Дэниель Фишер.

Диплом по инженерной физике Мэтью получил в Корнеллском университете в Нью-Йорке в 1981 г., докторскую по теоретической физике защитил в университете г.Урбана-Шампейн в Иллинойсе в 1986 г. Был награждён Премией Алана Уотермана для молодых учёных за выдающиеся достижения в 1995 г. и Призом им.Оливера Бакли за работы по физике конденсированных состояний в 2015 за исследования переходов суперпроводник-изолятор. В 2003 г. Мэтью Фишер был избран членом Американской академии искусств и наук, а в 2012 — Национальной академии наук. Является также членом Американского физического общества.

Личный сайт: www.kitp.ucsb.edu/mpaf

https://en.wikipedia.org/wiki/Matthew_P._A._Fisher

?

Источник: en.wikipedia.org

Комментарии: