Вчені 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 нез'ясовно на рівні класичної механіки і може бути пояснено тільки з залученням постулатів квантової механіки, явищ суперпозиції, квантової заплутаності та інших. Вчені 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 разі мозку цими інтерфейсами виступають наші органи почуттів, 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, яке 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 керувати процесами роботи нашого мозку. Зрозуміло, не всі згодні з таким формулюванням, але так чи інакше вчені вирішили це перевірити.

«Якщо питання про квантових процесах, що 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, що займається даним дослідженням.

Трохи базової теорії. У світі квантових обчислень все підпорядковується квантової механіки, що дозволяє пояснити поведінку і взаємодію самих крихітних 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 у звичайних комп'ютерах і являють собою двійковий код у вигляді «нулів» і «одиниць», кубіти можуть одночасно набувати 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 (у тому числі і в науці), на які не спроможні навіть найбільш потужні, але при цьому звичайні комп'ютери.

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

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

В рамках одного з майбутніх експериментів вчені намагаються з'ясувати, чи можна зберігати кубіти всередині спіну атомного ядра, а не серед електронів, які його оточують. Зокрема, об'єктом дослідження повинні стати атоми фосфору — речовини, що міститься в наших організмах, — на думку вчених, здатних грати роль біохімічних кубітів.

«Ретельно ізольовані спини 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 вчені хочуть поглянути на потенціал декогеренции, яка відбувається в результаті порушення зв'язків між кубітами. Під час протікання цього процесу у самої квантової системи починають з'являтися класичні риси, які відповідають інформації, наявної в навколишньому середовищі. Іншими словами, квантова система починає змішуватися або заплутуватися 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 декогеренции.

Завданням ще одного експерименту стане дослідження мітохондрій – клітинних субодиниць, що відповідають за наш метаболізм і передачу енергії всередині нашого організму. Вчені припускають, що ці органели можуть грати істотну 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 та 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 самі загадкові його функції, наприклад, його здатність переводити пам'ять з короткочасної в довготривалу, або ж наблизитися до розуміння питань про те, звідки ж насправді беруться нашісвідомість, усвідомлення і емоції.

Все це – дуже високий рівень, дуже складна фізика, поряд з біохімією, тому тут ніхто не буде гарантувати, що ми зможемо отримати всі відповіді на поставлені вище питання. Навіть якщо виявиться, що ми поки ще не досягли потрібного рівня, який дозволив би нам відповідай на питання про те, чи є наш мозок квантовим комп'ютером, заплановані дослідження можуть внести великий внесок у розуміння того, як працює самий складний орган людини.