Er is een hypothese, of liever gezegd veel hypothesen, volgens welke ons brein niets meer is dan een biochemische kwantumcomputer. Deze ideeën zijn gebaseerd op de aanname dat bewustzijn onverklaarbaar is op het niveau van de klassieke mechanica en alleen verklaard kan worden met behulp van de postulaten van de kwantummechanica, superpositieverschijnselen, kwantumverstrengeling en andere. Wetenschappers van de Universiteit van Californië in Santa Barbara hebben door middel van een reeks experimenten besloten om erachter te komen of ons brein echt een kwantumcomputer is.
Op het eerste gezicht lijkt het misschien dat de computer en het brein op dezelfde manier werken: beide verwerken informatie, kunnen deze opslaan, beslissingen nemen en ook omgaan met invoer- en uitvoerinterfaces. In het geval van de hersenen zijn deze interfaces onze zintuigen, evenals het vermogen om verschillende objecten te besturen die geen deel uitmaken van ons lichaam, bijvoorbeeld kunstmatige prothesen.
Er is veel dat we niet weten over hoe onze hersenen werken. Maar er zijn mensen die geloven dat de verscheidenheid aan processen in onze hersenen, die niet verklaard kunnen worden in termen van klassieke mechanica, kunnen worden verklaard in termen van kwantummechanica. Met andere woorden, ze geloven dat aspecten van de kwantummechanica, zoals verstrengeling, het fenomeen van superpositie en alle andere dingen waar de kwantumfysica aan werkt, daadwerkelijk kunnen bepalen hoe onze hersenen werken. Natuurlijk is niet iedereen het eens met deze formulering, maar op de een of andere manier besloten wetenschappers het uit te proberen.
"Als de vraag van kwantumprocessen in de hersenen positief wordt beantwoord, zal dit leiden tot een echte revolutie in ons begrip en behandeling van de menselijke hersenfunctie en cognitieve vaardigheden", zegt Mat Helgeson van de University of California Santa Barbara en een van de teamleden. betrokken bij deze studie.
Enkele basistheorie. In de wereld van kwantumcomputers gehoorzaamt alles aan de kwantummechanica, wat het gedrag en de interacties van de kleinste objecten in het universum verklaart - op kwantumniveau, waar de regels van de klassieke fysica niet van toepassing zijn. Een van de belangrijkste kenmerken van quantum computing is het gebruik van zogenaamde qubits (quantumbits) als opslagmedium. In tegenstelling tot gewone bits die in gewone computers worden gebruikt en een binaire code vertegenwoordigen in de vorm van "nullen" en "enen", kunnen qubits gelijktijdig waarden verkrijgen van zowel nul als één, dat wil zeggen in de zogenaamde superpositie, die hierboven werd genoemd.
Op basis van het bovenstaande beloven kwantumcomputers gewoon een ongelooflijk potentieel in computergebruik, waardoor je taken (ook in de wetenschap) kunt uitvoeren die zelfs de krachtigste, maar tegelijkertijd gewone computers niet kunnen.
Wat betreft een nieuwe studie door wetenschappers van de Universiteit van Californië, die op het punt staat te beginnen, die gericht zal zijn op het vinden van "hersen-qubits".
Een van de belangrijkste kenmerken van "normale" qubits is dat ze een omgeving nodig hebben met zeer lage temperaturen, die het absolute nulpunt naderen, maar de onderzoekers suggereren dat deze regel mogelijk niet van toepassing is op qubits die zich mogelijk in het menselijk lichaam bevinden.
Promotie video:
Als onderdeel van een van de komende experimenten zullen wetenschappers proberen uit te vinden of het mogelijk is om qubits op te slaan in de spin van een atoomkern, en niet tussen de elektronen eromheen. In het bijzonder zouden volgens wetenschappers de fosforatomen moeten zijn - een stof die in onze organismen zit - die de rol van biochemische qubits kunnen spelen.
"De zorgvuldig geïsoleerde spins van de kernen kunnen uren of langer kwantuminformatie opslaan en mogelijk verwerken", zegt een van de deelnemers aan het onderzoek, Matthew Fisher.
In andere experimenten willen wetenschappers kijken naar het potentieel voor decoherentie, die optreedt als gevolg van het verbreken van de banden tussen qubits. In de loop van dit proces begint het kwantumsysteem zelf klassieke kenmerken te vertonen die overeenkomen met de informatie die in de omgeving beschikbaar is. Met andere woorden, het kwantumsysteem begint zich te vermengen of verstrikt te raken in de omgeving. Om ons brein als een kwantumcomputer te kunnen beschouwen, moet het een systeem hebben dat onze biologische qubits tegen deze decoherentie beschermt.
De taak van een ander experiment zal de studie zijn van mitochondriën - de cellulaire subeenheden die verantwoordelijk zijn voor ons metabolisme en de overdracht van energie binnen ons lichaam. Wetenschappers speculeren dat deze organellen een belangrijke rol kunnen spelen bij kwantumverstrengeling en kwantumconnectiviteit hebben met neuronen.
Over het algemeen kunnen neurotransmitters (actieve chemicaliën die elektrochemische impulsen dragen) tussen neuronen en synaptische verbindingen onderling verbonden kwantumnetwerken in onze hersenen creëren. Fischer en zijn team willen dit testen door te proberen een dergelijk systeem in een laboratoriumomgeving te repliceren.
De processen van quantum computing, als ze echt in onze hersenen aanwezig zijn, zullen ons helpen de meest mysterieuze functies ervan uit te leggen en te begrijpen, bijvoorbeeld het vermogen om het geheugen van korte naar lange termijn over te dragen, of om vragen te begrijpen over waar ons bewustzijn eigenlijk vandaan komt., bewustzijn en emotie.
Dit alles is een zeer complexe fysica van zeer hoog niveau, samen met biochemie, dus niemand hier kan garanderen dat we alle antwoorden op de bovenstaande vragen zullen krijgen. Zelfs als blijkt dat we nog niet het vereiste niveau hebben bereikt om de vraag te beantwoorden of onze hersenen een kwantumcomputer zijn, kan gepland onderzoek een grote bijdrage leveren aan het begrijpen van hoe het meest complexe menselijke orgaan werkt.
Nikolay Khizhnyak
