Firwat sollt Dir Iech iwwer Quante Neurowëssenschaft këmmeren

Am Fall wou Dir nach net héieren hutt, ass d'Quantewëssenschaft elo wäiss waarm, mat opgereegtem Gespréich iwwer onvirstellbar mächteg Quantecomputeren, ultraeffizient Quantekommunikatioun an onduerchsiichteg Cybersécherheet duerch Quantenverschlësselung.

Firwat all den Hype?

Einfach ausgedréckt, Quantewëssenschaft versprécht riseg Sprong no vir amplaz vun de Puppelstufen, un déi mir eis gewinnt sinn duerch alldeeg Wëssenschaft. Déi alldeeg Wëssenschaft, zum Beispill, gëtt eis nei Computeren déi all 2-3 Joer un der Muecht verdoppelen, wärend d'Quantenwëssenschaft Computere mat ville versprécht Billiounen Mol méi Kraaft wéi dee haut muskuléisste Computer.

An anere Wierder Quantewëssenschaft, wann et erfollegräich ass, wäert eng seismesch Verrécklung vun der Technologie produzéieren déi d'Welt nei gestalte wéi mir se kennen, op nach méi déifgräifend Weeër wéi den Internet oder Smartphones.

Déi atemberaubend Méiglechkeete vu Quantewëssenschaft entstinn all aus enger einfacher Wourecht: Quantephänomener briechen d'Reegele komplett, déi limitéieren, wat "klassesch" (normal) Phänomener erreeche kënnen.

Zwee Beispiller wou d'Quantenwëssenschaft et fréier onméiglech onméiglech méiglech mécht, si Quante-Superpositioun a Quanteversträichung.

Loosst eis d'Quante Superpositioun als éischt unzegoen.

An der normaler Welt kann en Objet wéi e Baseball nëmmen op enger Plaz gläichzäiteg sinn. Awer an der Quantewelt kann e Partikel wéi en Elektron eng onendlech Zuel vu Plazen besetzen gläichzäiteg, existéierend a wat Physiker eng Superpositioun vu méi Staaten nennen. Also an der Quantewelt verhält sech eng Saach heiansdo wéi vill verschidde Saachen.

Loosst eis d'Quanteverstréckung ënnersichen andeems d'Baseball-Analogie e bësse méi wäit verlängert gëtt. An der normaler Welt sinn zwee Baseballen déi an däischteren Schlässer sëtzen an de grousse Liga Stadien zu Los Angeles a Boston sinn total onofhängeg vuneneen, sou datt wann Dir ee vun de Späicherschlässer opmaacht fir e Baseball ze kucken, absolut näischt mat deem anere Baseball geschitt an engem donkele Späicher-Schléissfach 3.000 Kilometer ewech. Awer an der Quantewelt zwee individuell Partikelen, wéi Photonen kann verwéckelt ginn, sou datt de blote Akt vun engem Sensor mat engem Detektor direkt den anere Photo zwéngt, egal wéi wäit ewech, e bestëmmte Staat unzehuelen.

Sou eng Entanglement bedeit datt am Quantenuniversum verschidde verschidde Entitéite sech heiansdo als eenzeg Entitéit kënne behuelen, egal wéi wäit auserneen déi ënnerschiddlech Entitéite sinn.

Dëst wier d'Äquivalent vun der Verännerung vum Staat vun engem Baseball-soen, et forcéiere se op den Top vs. ënneschten Regal vun engem Späicher-Schléissfach ze sinn - einfach andeems en e Späicher-Schléissfach 3.000 Meilen opmaacht an op e ganz kucken anescht Baseball.

Dës "onméiglech" Verhalen maache Quanteenheeten ideal fir dat Onméiglecht mat zum Beispill Computeren ze maachen. An normale Computeren ass e gespaarte Bit vun Informatioun entweder eng Null oder eng, awer an engem Quantencomputer ass e gespäichert Bit, sougenannte Qubit (Quantenbit), souwuel Null wéi eng gläichzäiteg. Also, wou en einfacht Gedächtnisgeschäft vun 8 Bits all eenzel Zuel vun 0 bis 255 enthale kann (2 ^ 8 = 256) kann e Gedächtnis vun 8 Qubits 2 ^ 8 = 256 späicheren. separat Zuelen op eemol! D'Fäegkeet exponentiell méi Informatioun ze späicheren ass firwat Quantecomputeren e Quantensprong a Veraarbechtungskraaft verspriechen.

Am uewe Beispill lagert en 8 Bit Gedächtnis an engem Quantecomputer 256 Zuelen tëscht 0 an 255 gläichzäiteg, während en 8 Bit Gedächtnis an engem normale Computer nëmmen 1 Nummer tëscht 0 an 255 späichert gläichzäiteg. Stellt Iech elo e 24 Bit Quante Gedächtnis vir (2 ^ 24 = 16,777,216) mat nëmmen 3 Mol sou vill Qubits wéi eis éischt Erënnerung: et kéint e grousse Buttek späicheren 16 777 216 verschidden Zuelen gläichzäiteg!

Wat eis op d'Kräizung vun der Quantenwëssenschaft an der Neurobiologie bréngt. De mënschleche Gehir ass e vill méi staarke Prozessor wéi all Computer deen haut verfügbar ass: Erreecht et e puer vun dëser fantastescher Kraaft andeems se d'Quantenwiichtegkeet genotzt wéi déi Quantecomputer maachen?

Bis viru kuerzem war d'Äntwert vun de Physiker op dës Fro e kloeren "Nee".

Quantephänomener wéi Superpositioun vertrauen drop datt dës Phänomener aus der Ëmgéigend isoléieren, besonnesch Hëtzt an der Ëmwelt déi Partikelen a Bewegung setzt, déi hyper-delikat Quantehaus vu Kaarte vun der Superpositioun gestéiert an e bestëmmt Partikel zwéngt entweder de Punkt A oder de Punkt B ze besetzen , awer ni allebéid zur selwechter Zäit.

Also, wann d'Wëssenschaftler Quantephenomener studéieren, gi se vill fir d'Material ze isoléieren, wat se aus der Ëmgéigend studéieren, normalerweis andeems d'Temperatur an hiren Experimenter op bal absolut Null erofgeet.

Awer Beweiser erhéijen aus der Welt vun der Planzphysiologie datt verschidde biologesch Prozesser déi op Quante Superpositioun vertrauen bei normalen Temperaturen optrieden, wat d'Méiglechkeet erhéicht datt onvirstellbar komesch Welt vun der Quantenmechanik wierklech an déi all Dag funktionnéiere vun anere biologesche Systemer, wéi eis nervös Systemer.

Zum Beispill, am Mee 2018 huet e Fuerscherteam op der Groningen Universitéit, dat de Physiker Thomas la Cour Jansen abegraff huet, Beweiser fonnt datt Planzen an e puer fotosynthetesch Bakterien bal 100% Effizienz erreechen andeems d'Sonneliicht an nëtzlech Energie ëmgewandelt gëtt andeems se d'Tatsaach ausnotzen datt d'Absorptioun vu Solarenergie e puer Elektronen an Liichtfangermoleküle kënne gläichzäiteg a béid begeeschterten an net opgereegte Quantestaaten existéieren iwwer relativ laang Distanzen bannent der Planz verbreet, sou datt d'Liicht-opgereegt Elektronen den effizientste Wee vun de Molekülle fannen, wou d'Liicht a verschidde Molekülle festgehal ginn, wou notzbar Energie fir d'Planz gëtt erstallt.

D'Evolutioun, an hirer onermiddlecher Quest fir déi energieeffizientst Liewensformen ze entwéckelen, schéngt de Physiker säi Glawen ignoréiert ze hunn datt nëtzlech Quanteffekter net an de waarmen, naasse Ëmfeld vun der Biologie geschéie kënnen.

D'Entdeckung vu Quanteeffekter an der Planzebiologie huet zu engem ganz neie Wëssenschaftsfeld gefouert, dat Quantebiologie heescht. An de leschte Joeren hunn d'Quantenbiologen Beweiser vu quantemechaneschen Eegeschaften an der Magnéitfeldwahrnehmung an den Ae vu verschiddene Villercher erfonnt (sou datt d'Villercher während der Migratioun kënne navigéieren), an an der Aktivatioun vu Gerochsreceptoren am Mënsch. Visiounsfuerscher hunn och entdeckt datt Photoreceptoren an der mënschlecher Netzhaut fäeg sinn elektresch Signaler ze generéieren aus der Erfaassung vun enger eenzeger Quante vu Liichtenergie.

Huet d'Evolutioun och eis Gehirer hyper-effizient gemaach fir nëtzlech Energie ze generéieren oder Informatioun ënner Neuronen ze vermëttelen a späichere mat Quanteneffekter wéi Superpositioun an Entanglement?

Neurowëssenschaftler si ganz am Ufank vun der Ermëttlung vun dëser Méiglechkeet, awer ech fir mech sinn opgereegt iwwer dat entstanend Feld vun der Quante Neurowëssenschaft, well et zu käffelfërmegen Duerchbroch an eisem Verständnis vum Gehir ka féieren.

Ech soen dat well d'Geschicht vun der Wëssenschaft eis léiert datt déi gréissten Duerchbroch bal ëmmer vun Iddien kommen déi, ier e bestëmmten Duerchbroch geschitt, onheemlech komesch kléngt. Dem Einstein seng Entdeckung datt Raum an Zäit wierklech déiselwecht Saach sinn (allgemeng Relativitéit) ass e Beispill, dem Darwin seng Entdeckung datt d'Mënschen aus méi primitive Liewensformen evoluéiert hunn, ass en anert. An natierlech ass de Planck, den Einstein an de Bohr d'Entdeckung vun der Quantemechanik iwwerhaapt nach eng aner.

All dat implizéiert staark datt d'Iddien hannert dem Spill vu muer de Fortschrëtt an der Neurowëssenschaft änneren, haut fir déi meescht Leit héich onorthodox an onwahrscheinlech wierken.

Elo, just well d'Quantenbiologie am Gehir komesch an onwahrscheinlech kléngt, qualifizéiert se net automatesch als Quell vum nächste risege Sprong no vir an der Neurowëssenschaft. Awer ech hunn en Hunch datt e méi déift Verständnis vu Quanteneffekter an de liewege Systemer wichteg nei Erkenntnisser iwwer eis Gehirer an Nervensystemer gëtt, wa fir keen anere Grond, datt d'Unhuele vu Quanteperspektive Neurowëssenschaftler dozou féiere fir Äntwerten ze sichen an komescher a wonnerschéin Plazen déi se ni virdru betruecht hunn z'ënnersichen.

A wann d'Enquêteuren dës komesch a wonnerbar Phänomener kucken, kënnen dës Phänomener, wéi hir verwéckelt Koseng an der Partikelphysik, op si zréck kucken!