Niyə kvant nevrologiyasına əhəmiyyət verməlisiniz

Eşitməmisinizsə, Quantum elmi hazırda ağ rəngdədir, təsəvvür olunmayan dərəcədə güclü kvant kompüterləri, ultra səmərəli kvant rabitəsi və kvant şifrələməsi ilə keçilməz kiber təhlükəsizlik barədə həyəcanlı söhbətlər.

Niyə bütün hay-küylər?

Sadəcə olaraq, Quantum elmi, gündəlik elmlər vərdiş etdiyimiz körpə addımları yerinə nəhəng sıçrayışlar vəd edir. Məsələn, gündəlik elm bizə 2-3 ildə iki dəfə gücünü artıran yeni kompüterlər verir, Quantum elmi isə çoxlu kompüterlər vəd edir trilyonlarla dəfə günümüzdəki ən əzələli kompüterdən daha çox güc.

Başqa sözlə, Quantum elmi müvəffəq olarsa, dünyanı bildiyimiz kimi dəyişdirəcək texnologiyada seysmik bir dəyişiklik meydana gətirəcək, İnternetdən və ya smartfonlardan daha dərin şəkildə.

Kvant elminin nəfəs kəsən imkanları hamısı bir sadə həqiqətdən irəli gəlir: kvant hadisələri “klassik” (normal) fenomenlərin həyata keçirə biləcəyini məhdudlaşdıran qaydaları tamamilə pozur.

Quantum elminin əvvəllər qeyri-mümkün olanı birdən-birə mümkün etdiyi iki nümunə kvant superpozisiyası və kvant dolaşıqlığıdır.

Əvvəlcə kvant superpozisiyasını həll edək.

Normal dünyada beysbol kimi bir cisim bir anda yalnız bir yerdə ola bilər. Ancaq kvant dünyasında elektron kimi bir hissəcik sonsuz sayda yer tuta bilər eyni vaxtda, fiziklərin çoxlu dövlətlərin superpozisiyası dedikləri mövcuddur. Yəni kvant dünyasında bir şey bəzən çox fərqli şeylər kimi davranır.

İndi beysbol bənzətməsini bir az daha uzadaraq kvant dolaşıqlığını araşdıraq. Normal dünyada Los Angeles və Boston'dakı böyük liqa stadionlarında qaranlıq şkaflarda oturan iki beysbol bir-birindən tamamilə müstəqildir, belə ki, bir beysbola baxmaq üçün anbar şkaflarından birini açsanız, digər beysbola heç bir şey olmaz. 3000 mil uzaqlıqdakı qaranlıq saxlama şkafında. Ancaq kvant dünyasında fotonlar kimi iki ayrı hissəcik bacarmaq bir fotonu bir detektorla algılama hərəkəti, digər fotonu nə qədər uzaq olsalar da anında müəyyən bir vəziyyəti qəbul etməyə məcbur edəcək şəkildə qarışsın.

Bu cür qarışıqlıq, kvant kainatında fərqli varlıqların nə qədər uzaq olmasına baxmayaraq bəzən çox sayda varlığın tək bir varlıq kimi davrana bilməsi deməkdir.

Bu, bir beysbolun vəziyyətini dəyişdirməyə bərabərdir - deyək ki, onu saxlama şkafının üst və alt rəfində olmağa məcbur etmək - sadəcə 3000 mil məsafədəki bir saxlama şkafını açıb tamamilə baxaraq fərqli beysbol.

Bu "qeyri-mümkün" davranışlar kvant varlıqlarını, məsələn, kompüterlərlə mümkünsüz olanı etmək üçün ideal vəziyyətə gətirir. Normal kompüterlərdə saxlanılan bir məlumat sıfır və ya birdir, lakin kvant kompüterində Qubit (kvant bit) adlanan bir bit eyni zamanda həm sıfır, həm də birdir. Beləliklə, 8 bitlik bir sadə yaddaş anbarı 0-dan 255-dək hər hansı bir fərdi nömrəni ehtiva edə biləcəyi yerdə (2 ^ 8 = 256) 8 kubluq bir yaddaş 2 ^ 8 = 256 saxlaya bilər ayrı nömrələr hamısı birdən! Eksponent olaraq daha çox məlumat saxlama qabiliyyəti kvant kompüterlərinin niyə işləmə gücündə kvant sıçrayışı vəd etməsidir.

Yuxarıda göstərilən nümunədə, bir kvant kompüterindəki 8 bitlik yaddaş bir anda 0 ilə 255 arasındakı 256 ədədi, adi bir kompüterdəki 8 bitlik bir anda 0 ilə 255 arasında yalnız 1 ədədi saxlayır. İndi ilk yaddaşımızdan yalnız 3 dəfə çox kubit olan 24 bit kvant yaddaşını (2 ^ 24 = 16,777,216) təsəvvür edin: böyük bir yaddaş saxlaya bilər 16,777,216 fərqli nömrə eyni anda!

Bu, bizi Quantum elmi ilə neyrobiologiyanın kəsişməsinə gətirir. İnsan beyni günümüzdə mövcud olan hər hansı bir kompüterdən çox daha güclü bir prosessordur: kvant qəribəliklərini kvant kompüterlərinin etdiyi kimi istifadə edərək bu möhtəşəm gücün bir hissəsini əldə edirmi?

Bu yaxınlara qədər fiziklərin bu suala cavabı kəskin bir "Xeyr" idi.

Superpozisiya kimi kvant fenomenləri, bu hadisələri ətraf mühitdən, xüsusən də hissəcikləri hərəkətə gətirən mühitdəki istidən təcrid olunmağa, superpozisiya kartlarının hiper-həssas kvant evini pozmağa və müəyyən bir hissəciyi ya A nöqtəsini, ya da B nöqtəsini tutmağa məcbur etməyə əsaslanır. , lakin eyni zamanda heç vaxt.

Beləliklə, alimlər kvant fenomenlərini araşdırarkən tədqiq etdikləri materialı ətrafdakı mühitdən təcrid etmək üçün çox çalışırlar, ümumiyyətlə təcrübələrindəki temperaturu mütləq sıfıra endirirlər.

Ancaq bitki fiziologiyası dünyasından kvant superpozisiyasına əsaslanan bəzi bioloji proseslərin normal temperaturlarda baş verdiyinə dair dəlillər artır və təsəvvür olunmayan dərəcədə qəribə kvant mexanikası dünyasının, həqiqətən, digər bioloji sistemlərin, məsələn, gündəlik bioloji sistemlərə müdaxilə etməsi ehtimalını artırır. sinir sistemləri.

Məsələn, 2018-ci ilin may ayında fizikçi Thomas la Cour Jansen-in də daxil olduğu Groningen Universitetindəki bir araşdırma qrupu, günəş enerjisinin mənimsənilməsinin bəzi elektronlara səbəb olmasından istifadə edərək bitkilərin və bəzi fotosentetik bakteriyaların günəş işığını istifadə edilə bilən enerjiyə çevirmək üçün 100% -ə yaxın səmərəlilik əldə etdiklərinə dair dəlillər tapdı. işığı tutan molekulların eyni zamanda həm həyəcanlı, həm də həyəcanlı olmayan kvant vəziyyətlərində bitkinin içərisində nisbətən uzun məsafələrə yayılaraq işığı həyəcanlandıran elektronların işığın tutulduğu molekullardan istifadə edilə bilən enerjinin fərqli molekullara qədər ən təsirli yolunu tapmasına imkan verir. bitki üçün yaradılmışdır.

Təkamül, ən enerjiyə qənaət edən həyat formalarını hazırlamaq üçün amansız bir araşdırma apararkən, fiziklərin faydalı kvant təsirlərinin biologiyanın isti və yaş mühitində ola bilməyəcəyinə inandığını görməmiş kimi görünür.

Bitki biologiyasında kvant effektlərinin kəşfi, kvant biologiyası adlı tamamilə yeni bir elm sahəsinin yaranmasına səbəb oldu. Son bir neçə ildə kvant bioloqları bəzi quşların gözündə maqnit sahəsinin qəbul edilməsində (quşların köç zamanı gəzib-dolaşmasına imkan verir) və insanlarda qoxu reseptorlarının aktivləşməsində kvant mexaniki xüsusiyyətlərinə dair sübutlar tapdılar. Vizyon tədqiqatçıları, insan retinasındakı fotoreseptorların bir miqdar işıq enerjisi tutmasından elektrik siqnalları yaratmağa qadir olduğunu da kəşf etdilər.

Təkamül beyinlərimizi superpozisiya və dolaşıqlıq kimi kvant effektlərindən istifadə edərək istifadə edilə bilən enerji istehsalında və ya nöronlar arasında məlumat ötürülməsində və saxlanmasında hiper səmərəli etdi?

Nevroloqlar bu ehtimalı araşdırmağın başlanğıcındadırlar, amma birincisi, yeni meydana çıxan kvant sinir sahəsi üçün həyəcanlıyam, çünki bu, beyin anlayışımızda çənə tökən irəliləyişlərə səbəb ola bilər.

Bunu ona görə deyirəm ki, elm tarixi bizə ən böyük irəliləyişlərin demək olar ki, həmişə müəyyən bir irəliləyişdən əvvəl inanılmaz dərəcədə qəribə səslənən fikirlərdən qaynaqlandığını öyrədir. Einşteynin məkan və zamanın həqiqətən eyni şey olduğunu kəşf etməsi (ümumi nisbilik) bir nümunədir, Darvinin insanların daha ibtidai həyat formalarından inkişaf etdiyi kəşfi başqa bir şeydir. Əlbətdə ki, Planck, Einstein və Bohrun ilk növbədə kvant mexanikasını kəşfi başqa bir şeydir.

Bütün bunlar, sabahkı oyunun arxasındakı fikirlərin sinir elmində irəliləyişləri dəyişdirməsini, bu gün insanların çoxunun qeyri-adi və inanılmaz görünməsini şiddətlə göstərir.

İndi beyindəki kvant biologiyasının qəribə və inanılmaz səslənməsi avtomatik olaraq sinir elmində irəliləyən növbəti nəhəng sıçrayışın mənbəyi olmağı bacarmır. Fəqət canlı sistemlərdəki kvant təsirlərini daha dərindən başa düşməyimizin beyinlərimizə və sinir sistemlərimizə dair yeni bir yeni fikir verəcəyinə dair bir fikir var, başqa bir səbəb olmadan, kvant nöqteyi-nəzərini qəbul etmənin nörobilimçilərə qəribə və cavab axtarmasına səbəb olacaq. əvvəllər araşdırmağı düşünmədikləri ecazkar yerlər.

Müstəntiqlər bu qəribə və ecazkar hadisələrə baxdıqda, bu hadisələr, hissəciklər fizikasında qarışan əmiuşağı kimi, geri baxa bilər!