Carson a bu chòir dhut cùram a ghabhail mu Neuroscience Quantum

Mura h-eil thu air cluinntinn, tha saidheans Quantum geal teth an-dràsta, le còmhradh togarrach de choimpiutairean cuantach gun chumhachd, conaltradh quantum ultra-èifeachdach agus tèarainteachd saidhbear do-ruigsinneach tro chrioptachadh cuantamach.

Carson a h-uile hype?

Gu sìmplidh, tha saidheans Quantum a ’gealltainn leuman mòra air adhart an àite nan ceumannan leanaibh a tha sinn air fàs cleachdte riutha tro shaidheans làitheil. Bidh saidheans làitheil, mar eisimpleir, a ’toirt dhuinn coimpiutairean ùra a dhùblaicheas ann an cumhachd a h-uile 2-3 bliadhna, ach tha saidheans Quantum a’ gealltainn coimpiutairean le mòran trillions de thursan barrachd cumhachd na an coimpiutair as fèithe a tha ri fhaighinn an-diugh.

Ann am faclan eile bheir saidheans Quantum, ma shoirbhicheas leis, gluasad seismic ann an teicneòlas a bheir ath-dhealbhadh air an t-saoghal mar a tha fios againn air, ann an dòighean eadhon nas doimhne na rinn an eadar-lìn no fònaichean sgairteil.

Tha na comasan iongantach ann an saidheans Quantum uile ag èirigh bho aon fhìrinn shìmplidh: bidh uinneanan cuantamach gu tur a ’briseadh nan riaghailtean a tha a’ cuingealachadh na as urrainn dha na h-uinneanan “clasaigeach” (àbhaisteach) a choileanadh.

Is e dà eisimpleir far a bheil saidheans Quantum a ’dèanamh na b’ àbhaist a bhith do-dhèanta gu h-obann, superposition quantum agus dol an sàs cuantam.

Nach toir sinn aghaidh air suidheachadh cuantam an toiseach.

Anns an t-saoghal àbhaisteach, chan urrainn dha rud mar ball-stèidhe a bhith ann an aon àite aig aon àm. Ach anns an t-saoghal chandamach, faodaidh gràin mar electron àireamh neo-chrìochnach de dh'àiteachan a ghabhail Aig an aon àm, ann an-dràsta anns na tha luchd-fiosaig a ’gairm superposition de ghrunn stàitean. Mar sin anns an t-saoghal chandamach, bidh aon rud uaireannan ga ghiùlan fhèin mar iomadh rud eadar-dhealaichte.

A-nis, dèan sgrùdadh air dol a-steach cuantam le bhith a ’leudachadh an samhlachas ball-basgaid beagan nas fhaide. Anns an t-saoghal àbhaisteach tha dà bhall-stèidhe a tha nan suidhe ann an preasaichean dorcha ann am prìomh stadiuman lìog ann an Los Angeles agus Boston gu tur neo-eisimeileach bho chèile, mar sin ma dh ’fhosglas tu aon de na glacairean stòraidh gus sùil a thoirt air aon bhall-stèidhe, cha bhiodh dad a’ tachairt don bhall-stèidhe eile. ann an preasa glaiste dorcha 3,000 mìle air falbh. Ach anns an t-saoghal quantum, dà ghrunnd fa leth, leithid photons urrainn a dhol an sàs, gus nach bi an gnìomh dìreach a bhith a ’faireachdainn aon photon le lorgaire a’ toirt air falbh am foton eile sa bhad, ge bith dè cho fada air falbh, gus stàite sònraichte a ghabhail os làimh.

Tha an leithid de dhol an sàs a ’ciallachadh gum faod ioma-aonaidhean eadar-dhealaichte uaireannan a bhith mar aon eintiteas anns a’ chruinne chandamach, ge bith dè cho fada bho chèile a tha na buidhnean sònraichte.

Bhiodh seo co-ionnan ri bhith ag atharrachadh staid aon bhall-stèidhe - can, a ’toirt air a bhith air an sgeilp gu h-àrd aig bonn locker stòraidh - dìreach le bhith a’ fosgladh preas glaiste 3,000 mìle air falbh agus a ’dùr-amharc aig àite gu tur eadar-dhealaichte ball-stèidhe.

Tha an giùlan “do-dhèanta” seo a ’dèanamh buidhnean quantum air leth freagarrach airson a bhith do-dhèanta le, mar eisimpleir, coimpiutairean. Ann an coimpiutairean àbhaisteach tha pìos fiosrachaidh air a stòradh an dara cuid neoni no fear, ach ann an coimpiutair cuantamach tha pìos air a stòradh, ris an canar Qubit (bit quantum), an dà chuid neoni agus aon aig an aon àm. Mar sin, far am faod àireamh cuimhne fa leth bho 0 gu 255 (2 ^ 8 = 256) a bhith ann an stòr cuimhne sìmplidh de 8 buillean, faodaidh cuimhne de 8 Qubits 2 ^ 8 = 256 a stòradh àireamhan fa leth uile aig an aon àm! Is e an comas air barrachd fiosrachaidh a stòradh carson a tha coimpiutairean cuantamach a ’gealltainn leum cuantam ann an cumhachd giollachd.

Ann an eisimpleir gu h-àrd, bidh cuimhne 8 bit ann an coimpiutair cuantamach a ’stòradh 256 àireamhan eadar 0 agus 255 uile aig an aon àm fhad‘ s a tha cuimhne 8 bit ann an coimpiutair àbhaisteach a ’stòradh dìreach 1 àireamh eadar 0 agus 255 aig an aon àm. A-nis smaoinich air cuimhne cuantam 24 bit (2 ^ 24 = 16,777,216) le dìreach 3 uiread de Qubits ris a ’chiad chuimhne againn: dh’ fhaodadh e whopping a stòradh 16,777,216 àireamhan eadar-dhealaichte aig an aon àm!

A tha gar toirt gu eadar-ghearradh saidheans Quantum agus neurobiology. Tha an eanchainn daonna na phròiseasar fada nas cumhachdaiche na coimpiutair sam bith a tha ri fhaighinn an-diugh: a bheil e a ’coileanadh cuid den chumhachd uamhasach seo le bhith a’ cleachdadh neònach cuantamach san aon dòigh sa bhios coimpiutairean cuantamach a ’dèanamh?

Gu ruige o chionn ghoirid, tha freagairt fiosaig don cheist sin air a bhith na “Chan eil.”

Tha uinneanan cuantamach mar superposition an urra ri bhith a ’sgaradh na h-uinneanan sin bhon àrainneachd mun cuairt, gu sònraichte teas san àrainneachd a bhios a’ suidheachadh ghràineanan a ’gluasad, a’ cuir dragh air an taigh quantum hyper-fìnealta de chairtean de superposition agus a ’toirt air gràineach sònraichte a bhith a’ gabhail a-steach puing A no puing B , ach a-riamh an dà chuid aig an aon àm.

Mar sin, nuair a bhios luchd-saidheans a ’sgrùdadh uinneanan cuantamach bidh iad a’ dol gu math fada gus an stuth a tha iad a ’sgrùdadh bhon àrainneachd mun cuairt a sgaradh, mar as trice le bhith a’ lughdachadh an teòthachd anns na deuchainnean aca gu faisg air neoni.

Ach tha fianais a ’tighinn suas bho shaoghal eòlas-eòlas planntrais gu bheil cuid de phròiseasan bith-eòlasach a tha an urra ri mòr-shuidheachadh cuantamach a’ tachairt aig teòthachd àbhaisteach, a ’togail a’ chothruim gum faodadh saoghal neònach do-chreidsinneach meacanaig cuim a dhol a-steach do obair làitheil shiostaman bith-eòlasach eile, leithid ar siostaman nearbhach.

Mar eisimpleir, sa Chèitean 2018 lorg sgioba rannsachaidh aig Oilthigh Groningen a bha a ’toirt a-steach fiosaig Thomas la Cour Jansen fianais gu bheil planntrais agus cuid de bacteria foto-cho-chuimseach a’ coileanadh èifeachdas faisg air 100% ag atharrachadh solas na grèine gu lùth a ghabhas cleachdadh le bhith a ’gabhail brath air gu bheil lùth na grèine ag adhbhrachadh cuid de electronan a-steach bidh moileciuilean a tha a ’glacadh solas ann aig an aon àm ann an stàitean cuantamach togarrach agus neo-inntinneach air an sgaoileadh thairis air astaran coimeasach fada taobh a-staigh a’ phlannt, a ’leigeil leis na dealanan le solas aotrom an t-slighe as èifeachdaiche a lorg bho na moileciuilean far a bheil solas air a ghlacadh gu diofar mholacilean far a bheil lùth a ghabhas cleachdadh oir tha an lus air a chruthachadh.

Tha e coltach gu bheil mean-fhàs, na oidhirp mhòr gus innleachadh a dhèanamh air na cruthan beatha as lùth-èifeachdaiche, air mothachadh creideas fiosaig nach urrainn buaidhean cuantamach feumail tachairt ann an àrainneachdan blàth, fliuch bith-eòlas.

Tha lorg buaidhean cuantamach ann am bith-eòlas planntrais air leantainn gu raon saidheans gu tur ùr ris an canar bith-eòlas cuantam. Anns na beagan bhliadhnaichean a dh ’fhalbh, tha bith-eòlaichean cuantamach air fianais a lorg mu fheartan meacanaigeach cuantach ann am beachd achadh magnetach ann an sùilean cuid de eòin (a’ toirt cothrom dha na h-eòin a dhol tro imrich), agus ann a bhith a ’gnìomhachadh gabhadairean fàileadh ann an daoine. Tha luchd-rannsachaidh lèirsinn cuideachd air faighinn a-mach gu bheil photoreceptors anns an reitine daonna comasach air comharran dealain a ghineadh bho bhith a ’glacadh aon quanta de lùth solais.

An do rinn mean-fhàs cuideachd ar brains gu h-èifeachdach ann a bhith a ’gineadh lùth a ghabhas cleachdadh no a’ sgaoileadh agus a ’stòradh fiosrachaidh am measg neurons a’ cleachdadh buaidhean cuantamach mar superposition agus dol an sàs?

Tha neuroscientists aig toiseach a ’sgrùdadh a’ chomais seo, ach tha mi airson aon togail-inntinn mun raon nas teinne de neur-eòlas cuantamach oir dh ’fhaodadh e leantainn gu briseadh sìos giallan nar tuigse air an eanchainn.

Bidh mi ag ràdh seo oir tha eachdraidh saidheans a ’teagasg dhuinn gu bheil na leasachaidhean as motha cha mhòr an-còmhnaidh a’ tighinn bho bheachdan a tha, mus tachair briseadh sònraichte, a ’faireachdainn gu math neònach. Tha lorg Einstein gu bheil àite agus ùine dha-rìribh an aon rud (buntainneachd coitcheann) mar aon eisimpleir, lorg Darwin gun tàinig daoine gu bith bho chruthan beatha nas prìomhaiche, mar eisimpleir eile. Agus gu dearbh, tha Planck, Einstein agus Bohr air meacanaig cuantach a lorg anns a ’chiad àite, mar rud eile.

Tha seo uile a ’ciallachadh gu làidir gum bi na beachdan air cùl geama a-màireach ag atharrachadh adhartasan ann an neuro-saidheans, an-diugh a rèir coltais don mhòr-chuid de dhaoine a bhith gu math neo-phàirteach agus do-chreidsinneach.

A-nis, dìreach air sgàth gu bheil bith-eòlas cuantamach san eanchainn a ’faireachdainn neònach agus do-chreidsinneach chan eil sin a’ dearbhadh gu fèin-ghluasadach gur e seo stòr an ath leum mòr air adhart ann an neuro-saidheans. Ach tha mi den bheachd gun toir tuigse nas doimhne de bhuaidhean cuantam ann an siostaman beò seallaidhean ùra cudromach mu na h-eanchainnean agus na siostaman nearbhach againn, mura h-eil adhbhar sam bith eile ann, gun toir gabhail ri sealladh cuantamach adhbhar do neuroscientists coimhead airson freagairtean annasach agus àiteachan iongantach nach do smaoinich iad a-riamh air sgrùdadh.

Agus nuair a bhios luchd-sgrùdaidh a ’coimhead a-steach do na h-uinneanan neònach agus iongantach sin, is dòcha gum bi na h-uinneanan sin, mar an co-oghaichean a tha a’ dol an sàs ann am fiosaigs mìrean, a ’coimhead air ais orra!