Għaliex Għandek Tieħu ħsieb In-Newroxjenza Quantum

Fil-każ li ma smajtx, ix-xjenza Quantum hija bajda sħuna bħalissa, b'diskussjoni eċċitata ta 'kompjuters quantum b'saħħithom inimaginabbli, komunikazzjoni quantum ultra-effiċjenti u sigurtà ċibernetika impenetrabbli permezz ta' encryption quantum.

Għaliex l-hype kollu?

Fi kliem sempliċi, ix-xjenza Quantum twiegħed qabżiet ġganti 'l quddiem minflok il-passi tat-trabi li mdorrijin bihom permezz tax-xjenza ta' kuljum. Ix-xjenza ta 'kuljum, pereżempju, tagħtina kompjuters ġodda li jirdoppjaw fil-poter kull 2-3 snin, filwaqt li x-xjenza Quantum twiegħed kompjuters b'ħafna triljuni ta 'drabi aktar qawwa mill-iktar kompjuter muskolari disponibbli llum.

Fi kliem ieħor ix-xjenza Quantum, jekk tirnexxi, tipproduċi bidla sismika fit-teknoloġija li tifforma mill-ġdid id-dinja kif nafuha, b’modi saħansitra aktar profondi milli għamlu l-Internet jew l-ismartphones.

Il-possibbiltajiet tal-isbaħ tax-xjenza Quantum kollha joħorġu minn verità waħda sempliċi: il-fenomeni quantum jiksru kompletament ir-regoli li jillimitaw dak li jistgħu jwettqu l-fenomeni "klassiċi" (normali).

Żewġ eżempji fejn ix-xjenza Quantum tagħmel dak li qabel kien impossibbli f'daqqa possibbli, huma s-superpożizzjoni kwantistika u t-tħabbil kwantistiku.

Ejja nindirizzaw is-superpożizzjoni kwantistika l-ewwel.

Fid-dinja normali, oġġett bħal baseball jista 'jkun biss f'post wieħed f'ħin wieħed. Iżda fid-dinja quantum, partiċella bħal elettron tista 'tokkupa numru infinit ta' postijiet fl-istess waqt, eżistenti f’dak li l-fiżiċi jsejħu superpożizzjoni ta ’stati multipli. Allura fid-dinja kwantistika, xi ħaġa xi kultant iġġib ruħha bħal ħafna affarijiet differenti.

Issa ejja neżaminaw it-tħabbil kwantistiku billi nestendu l-analoġija tal-baseball ftit iktar. Fid-dinja normali żewġ baseballs bilqiegħda fi lockers skuri fi grawnds tal-kampjonati ewlenin f'Los Angeles u Boston huma totalment indipendenti minn xulxin, b'tali mod li jekk tiftaħ wieħed mill-lockers tal-ħażna biex tħares lejn baseball wieħed, assolutament ma jiġri xejn għall-baseball l-ieħor ġo locker skur għall-ħażna 3,000 mil bogħod. Iżda fid-dinja quantum, żewġ partiċelli individwali, bħall-fotoni jista ' tkun imħabbla, b'tali mod li s-sempliċi att li tħoss foton wieħed b'ditekter jġiegħel istantanjament lill-foton l-ieħor, ikun kemm ikun 'il bogħod, biex jassumi stat partikolari.

Tali tħabbil ifisser li fl-univers kwantistiku, entitajiet distinti multipli kultant jistgħu jġibu ruħhom bħala entità waħda, tkun kemm tkun 'il bogħod l-entitajiet distinti.

Dan ikun l-ekwivalenti li tbiddel l-istat ta 'baseball wieħed - ngħidu aħna, li jġegħluh ikun fuq l-ixkaffa ta' fuq vs ta 'isfel ta' locker għall-ħażna - sempliċement billi tiftaħ locker għall-ħażna 3,000 mil 'il bogħod u tħares lejn kompletament differenti baseball.

Dawn l-imġieba "impossibbli" jagħmlu l-entitajiet kwantistiċi ideali biex jagħmlu l-impossibbli ma ', pereżempju, kompjuters. Fil-kompjuters normali bit maħżun ta 'informazzjoni huwa jew żero jew wieħed, iżda f'kompjuter quantum bit maħżun, imsejjaħ Qubit (quantum bit), huwa kemm żero kif ukoll wieħed fl-istess ħin. Għalhekk, fejn maħżen tal-memorja sempliċi ta '8 bits jista' jkun fih kwalunkwe numru individwali minn 0 sa 255 (2 ^ 8 = 256) memorja ta '8 Qubits tista' taħżen 2 ^ 8 = 256 numri separati kollha f'daqqa! Il-ħila li taħżen b'mod esponenzjali aktar informazzjoni hija r-raġuni għaliex il-kompjuters kwantistiċi jwiegħdu qabża kwantistika fil-qawwa tal-ipproċessar.

Fl-eżempju ta 'hawn fuq, memorja ta' 8 bit f'kompjuter quantum taħżen 256 numru bejn 0 u 255 kollha f'daqqa waqt li memorja ta '8 bit f'kompjuter ordinarju taħżen numru wieħed biss bejn 0 u 255 kull darba. Issa immaġina memorja quantum ta '24 bit (2 ^ 24 = 16,777,216) bi 3 darbiet aktar Qubits daqs l-ewwel memorja tagħna: tista' taħżen whopping 16,777,216 numri differenti f'daqqa!

Li jwassalna għall-intersezzjoni tax-xjenza Quantum u n-newrobijoloġija. Il-moħħ tal-bniedem huwa proċessur ferm aktar b'saħħtu minn kwalunkwe kompjuter disponibbli llum: jikseb ftit minn din il-qawwa tal-biża 'billi jisfrutta l-istrambi tal-kwantum bl-istess mod li jagħmlu l-kompjuters tal-kwantum?

Sa ftit ilu, it-tweġiba tal-fiżiċi għal dik il-mistoqsija kienet "Le" qawwija.

Fenomeni kwantistiċi bħas-superpożizzjoni jiddependu fuq l-iżolazzjoni ta ’dawk il-fenomeni mill-ambjent tal-madwar, partikolarment is-sħana fl-ambjent li tistabbilixxi l-partiċelli f’moviment, tħawwad id-dar quantum iper-delikata tal-karti tas-superpożizzjoni u ġġiegħel partikula partikolari tokkupa jew il-punt A jew il-punt B , imma qatt it-tnejn fl-istess ħin.

Għalhekk, meta x-xjentisti jistudjaw il-fenomeni kwantistiċi jmorru għal tulijiet kbar biex jiżolaw il-materjal li qed jistudjaw mill-ambjent tal-madwar, ġeneralment billi jbaxxu t-temperatura fl-esperimenti tagħhom għal kważi żero assolut.

Iżda l-evidenza qed tiżdied mid-dinja tal-fiżjoloġija tal-pjanti li xi proċessi bijoloġiċi li jiddependu fuq is-superpożizzjoni kwantistika jseħħu f'temperaturi normali, u jżidu l-possibbiltà li dinja inkonċepibbli tal-mekkanika kwantistika stramba tista 'tassew tidħol fil-ħidma ta' kuljum ta 'sistemi bijoloġiċi oħra, bħal tagħna sistemi nervużi.

Pereżempju, f’Mejju 2018 tim ta ’riċerka fl-Università ta’ Groningen li inkluda l-fiżiku Thomas la Cour Jansen sab evidenza li l-pjanti u xi batterji fotosintetiċi jiksbu effiċjenza ta ’kważi 100% billi jikkonvertu d-dawl tax-xemx f’enerġija użabbli billi jisfruttaw il-fatt li l-assorbiment tal-enerġija solari jikkawża xi elettroni molekuli li jaqbdu d-dawl biex jeżistu simultanjament kemm fi stati quantum eċċitati kif ukoll mhux eċċitati mifruxa fuq distanzi relattivament twal ġewwa l-impjant, li jippermettu lill-elettroni eċċitati bid-dawl isibu l-iktar triq effiċjenti mill-molekuli fejn id-dawl jinqabad għal molekuli differenti fejn tintuża l-enerġija għax tinħoloq l-impjant.

L-evoluzzjoni, fit-tfittxija bla waqfien tagħha biex inġinerija l-aktar forom ta ’ħajja effiċjenti fl-enerġija, tidher li injorat it-twemmin tal-fiżiċi li effetti kwantistiċi utli ma jistgħux iseħħu fl-ambjenti sħan u mxarrba tal-bijoloġija.

L-iskoperta ta 'effetti kwantistiċi fil-bijoloġija tal-pjanti wasslet għal qasam tax-xjenza kompletament ġdid imsejjaħ bijoloġija kwantistika. Fl-aħħar ftit snin, il-bijoloġisti kwantistiċi skoprew evidenza ta ’proprjetajiet mekkaniċi kwantistiċi fil-perċezzjoni tal-kamp manjetiku f’għajnejn xi għasafar (li jippermettu lill-għasafar jinnavigaw waqt il-migrazzjoni), u fl-attivazzjoni tar-riċetturi tax-xamm fil-bnedmin. Riċerkaturi tal-viżjoni skoprew ukoll li l-fotorecetturi fir-retina tal-bniedem huma kapaċi jiġġeneraw sinjali elettriċi mill-qbid ta 'kwantità waħda ta' enerġija ħafifa.

L-evoluzzjoni għamlet ukoll l-imħuħ tagħna ipereffiċjenti biex tiġġenera enerġija li tista 'tintuża jew tittrasmetti u taħżen informazzjoni fost in-newroni bl-użu ta' effetti kwantistiċi bħas-superpożizzjoni u t-tħabbil?

In-newroxjentisti jinsabu fil-bidu nett tal-investigazzjoni ta ’din il-possibbiltà, imma jien għal waħda ninsab eċitat dwar il-qasam naxxenti tan-newroxjenza kwantistika minħabba li jista’ jwassal għal skoperti kbar li jwaqqgħu x-xedaq fil-fehim tagħna tal-moħħ.

Jien ngħid dan għax l-istorja tax-xjenza tgħallimna li l-akbar skoperti kważi dejjem jiġu minn ideat li, qabel ma sseħħ skoperta partikolari, jidhru strambi ħafna. L-iskoperta ta 'Einstein li l-ispazju u l-ħin huma verament l-istess ħaġa (relattività ġenerali) huwa eżempju wieħed, l-iskoperta ta' Darwin li l-bnedmin evolvew minn forom ta 'ħajja aktar primittivi, hija oħra. U ovvjament, l-iskoperta ta 'Planck, Einstein u Bohr tal-mekkanika kwantistika fl-ewwel lok, hija għadha oħra.

Kollha li jimplikaw bil-qawwa li l-ideat wara l-logħba ta 'għada li jbiddlu l-avvanzi fin-newroxjenza, illum se jidhru għal ħafna nies li mhumiex ortodossi u improbabbli ħafna.

Issa, sempliċement minħabba li l-bijoloġija kwantistika fil-moħħ tidher stramba u improbabbli ma tikkwalifikahiex awtomatikament bħala s-sors tal-qabża ġgant li jmiss fin-newroxjenza. Imma għandi t-tifsira li fehim aktar profond tal-effetti kwantistiċi f'sistemi ħajjin iwassal għarfien ġdid importanti dwar l-imħuħ u s-sistemi nervużi tagħna, jekk għal ebda raġuni oħra, li l-adozzjoni ta 'perspettiva quantum se tikkawża li n-newroxjentisti jfittxu tweġibiet b'mod stramb u postijiet mill-isbaħ li qatt ma kkunsidraw li jinvestigaw qabel.

U meta l-investigaturi jħarsu lejn dawk il-fenomeni strambi u mill-isbaħ, dawk il-fenomeni, jistgħu, bħall-kuġini tat-tħabbil tagħhom fil-fiżika tal-partiċelli, iħarsu lura lejhom!