Науковці хочуть з’ясувати, чи є ми квантовими комп’ютерами

Є гіпотеза, точніше безліч гіпотез, згідно з якими наш мозок являє собою не що інше, як біохімічний квантовий комп’ютер.

В основі цих ідей лежить припущення про те, що свідомість незрозуміла на рівні класичної механіки і може бути пояснено тільки з залученням постулатів квантової механіки, явищ суперпозиції, квантової заплутаності та інших. Науковці з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі через серію експериментів вирішили з’ясувати – чи дійсно наш мозок є квантовим комп’ютером.

На перший погляд може здатися, що комп’ютер і мозок працюють однаково – обидва обробляють інформацію, можуть її зберігати, приймають рішення, а також мають справу з інтерфейсами введення і виведення. У випадку мозку цими інтерфейсами виступають наші органи чуття, а також здатність керувати різними об’єктами, які не є частиною нашого тіла, наприклад, штучними протезами.

Ми багато чого не знаємо про те, як працює наш мозок. Але є люди, які вважають, що різноманіття процесів роботи нашого мозку, які неможливо пояснити з точки зору класичної механіки, можна пояснити з позиції квантової механіки. Іншими словами, вони впевнені, що такі аспекти квантової механіки, як квантова заплутаність, явище суперпозиції і всі інші речі, на основі яких працює квантова фізика, насправді можуть управляти процесами роботи нашого мозку. Зрозуміло, не всі згодні з таким формулюванням, але так це чи ні науковці вирішили це перевірити.

«Якщо питання про квантові процеси, які відбуваються в мозку, знайде позитивний відгук, то це призведе до справжньої революції в нашому розумінні і лікуванні мозкових функцій і когнітивних здібностей людини», – говорить Мет Хелгесон з Каліфорнійського університету Санта-Барбари і один з учасників команди, яка займається даним дослідженням.

Трохи базової теорії. У світі квантових обчислень все підпорядковується квантовій механіці, що дозволяє пояснити поведінку і взаємодію найменших об’єктів у Всесвіті – на квантовому рівні, де не діють правила класичної фізики. Однією з ключових особливостей квантових обчислень є використання так званих кубітів (квантових бітів) в якості носія інформації. На відміну від звичайних бітів, які використовуються в звичайних комп’ютерах і являють собою двійковий код у вигляді «нулів» і «одиниць», кубіти можуть одночасно мати значення і нуля, і одиниці, тобто перебувати в так званій суперпозиції, яка згадувалася вище.

Якщо виходити з вищеописаного, то квантові комп’ютери обіцяють просто неймовірний потенціал в комп’ютерних обчисленнях, який дозволить справлятися з завданнями (в тому числі і в науці), на які не здатні навіть найпотужніші, але при цьому звичайні комп’ютери.

Що ж стосується нового дослідження науковців з Каліфорнійського університету, яке ось-ось почнеться, то воно буде направлено на пошук «мозкових кубітів».

Однією з основних особливостей «звичайних» кубітів є те, що для їх роботи потрібне середовище з дуже низькою температурою, що наближається до абсолютного нуля, однак дослідники припускають, що це правило може не поширюватися на кубіти, які можуть перебувати в людському організмі.

В рамках одного з прийдешніх експериментів науковці намагатимуться з’ясувати, чи можна зберігати кубіти всередині спіна атомного ядра, а не серед електронів, які його оточують. Зокрема, об’єктом дослідження повинні будуть стати атоми фосфору – речовини, що міститься в наших організмах, – на думку науковців, здатних грати роль біохімічних кубітів.

«Ретельно ізольовані спіни ядер можуть зберігати і, можливо, обробляти квантову інформацію протягом годин або навіть більшого часу», – говорить один з учасників дослідження, Метью Фішер.

В рамках інших експериментів науковці хочуть поглянути на потенціал декогеренції, яка відбувається в результаті порушення зв’язків між кубітами. Під час протікання цього процесу у самій квантовій системі починають з’являтися класичні риси, які відповідають інформації, наявній в навколишньому середовищі. Іншими словами, квантова система починає змішуватися або заплутується з навколишнім середовищем. Для того щоб наш мозок можна було розглядати як квантового комп’ютера, в ньому повинна бути система, яка дозволяла б захищати наші біологічні кубіти від цієї декогеренції.

Завданням ще одного експерименту стане дослідження мітохондрій – клітинних субодиниць, що відповідають за наш метаболізм і передачу енергії всередині нашого організму. Науковці припускають, що ці органели можуть відігравати суттєву роль в квантової заплутаності і володіти квантової зв’язком з нейронами.

У загальному і цілому нейромедіатори (активні хімічні речовини, за допомогою яких відбувається перенесення електрохімічних імпульсів) між нейронами і синаптичні зв’язки, можливо, створюють в нашому мозку об’єднані квантові мережі. Фішер і його команда хочуть це перевірити, спробувавши відтворити таку систему в лабораторних умовах.

Процеси квантових обчислень, якщо вони дійсно присутні в нашому мозку, допоможуть нам пояснити і зрозуміти загадкові функції, наприклад, його здатність переводити пам’ять з короткочасної в довготривалу, або ж наблизитися до розуміння питань про те, звідки ж насправді беруться наші свідомість, усвідомлення і емоції.

Все це – дуже високий рівень, дуже складна фізика, поряд з біохімією, тому тут ніхто не гарантуватиме, що ми зможемо отримати всі відповіді на поставлені вище питання. Навіть якщо виявиться, що ми поки що не досягли потрібного рівня, який дозволив би нам відповідати на питання про те, чи є наш мозок квантовим комп’ютером, заплановані дослідження можуть привнести великий внесок в розуміння того, як працює найскладніший орган людини.