Физик-теоретик Филип Куриан из Университета Говарда опубликовал исследование, которое показывает, что живые организмы могут использовать квантовые эффекты для обработки информации на скоростях, в миллиарды раз превышающих возможности традиционных биохимических процессов.
В своем исследовании Куриан обнаружил, что белковые структуры в живых клетках демонстрируют явление квантового сверхизлучения. Это эффект, который позволяет им обрабатывать информацию со скоростью примерно 10¹² — 10¹³ операций в секунду. Это в миллиарды раз быстрее, чем классические каналы передачи информации в организме, такие как ионные потоки и потенциалы действия, которые достигают не более 10³ операций в секунду.
Ключевую роль в этом процессе играет аминокислота триптофан, которая содержится во многих белках. Она поглощает ультрафиолетовый свет и переизлучает его на более длинной волне. Когда молекулы триптофана организованы в крупные сети — например, в микротрубочках цитоскелета, амилоидных фибриллах и других клеточных структурах — они начинают взаимодействовать с фотонами скоординированно, демонстрируя квантовое поведение.
Мы радикально недооценивали вычислительные возможности аневральных организмов и нейронов, рассматривая только классические информационные каналы.
Филип Куриан, физик-теоретик и директор-основатель Лаборатории квантовой биологии (QBL) в Университете Говарда в Вашингтоне
Исследователь показывает, что эти квантовые эффекты могут существовать при комнатной температуре — в «теплой и хаотичной» биологической среде, где, как считалось ранее, квантовые процессы невозможны. В отличие от искусственных квантовых компьютеров, которые требуют охлаждения до сверхнизких температур, живые системы каким-то образом защищают свои квантовые процессы от разрушительного воздействия среды.
Также в исследовании выдвигается гипотеза, что совокупная вычислительная мощность живых организмов на Земле за всю ее историю может быть сопоставима с вычислительной мощностью всей наблюдаемой Вселенной. Поскольку аневральные организмы — бактерии, грибы, растения — составляют большую часть биомассы планеты и существуют намного дольше животных, именно они могут быть ответственны за подавляющее большинство «углеродных вычислений».
В эпоху искусственного интеллекта и квантовых компьютеров важно помнить, что физические законы ограничивают всё их поведение. Но, несмотря на это, мы способны исследовать и осмыслять блестящий порядок вселенной, по мере того как разворачивается её космическая история. Потрясающе, что нам удается играть в этом такую роль.
Филип Куриан, физик-теоретик и директор-основатель Лаборатории квантовой биологии (QBL) в Университете Говарда в Вашингтоне
Открытие вызвало интерес у исследователей квантовых вычислений, так как устойчивость хрупких квантовых эффектов в «шумной» биологической среде может иметь важное значение для разработки более стабильных квантовых технологий. По словам Сета Ллойда, профессора MIT и одного из пионеров квантовых вычислений: «Вычисления, выполняемые живыми системами, намного мощнее, чем те, которые выполняются искусственными».
Результаты исследования открывают новые перспективы не только для биологии и медицины, но и для астробиологии — предлагая новые критерии для поиска жизни на других планетах. Кроме того, они могут повлиять на развитие квантовых технологий, которые смогут функционировать при обычных температурах.
