インサイダーブリーフ
- の新しい研究 科学の進歩 細胞は、古典的な生化学的シグナル伝達よりもはるかに速い量子メカニズムを使用して情報を処理する可能性があることを提案します。
- この研究は、トリプトファンを含むタンパク質構造における超放射性量子効果を特定し、温かい生物学的環境でのピコ秒の情報転送を可能にします。
- これらの発見は、真核生物細胞が、現在の量子誤差補正方法に匹敵する堅牢性と速度で量子情報処理を実行する可能性があることを示唆しています。
- 画像：Quantum Biology Laboratory、Philip Kurian
プレスリリース – 80年以上前、SchopenhauerとUpanishadsの哲学に浸った理論物理学者であるErwinSchrödingerは、ダブリンのTrinity Collegeで一連の公的講義を行いました。 人生は何ですか？
今、 2025国際量子科学技術年、フィリップ・クリアン、理論物理学者であり、創立ディレクター 量子生物学研究所 （qbl） ハワード大学 ワシントンDCでは、Schrödingerが仮定した量子力学の法則を使用し、 量子光学的特徴を示す細胞骨格フィラメントのQBLの発見、地球の歴史全体における炭素ベースの生命の計算能力に関する劇的に修正された上限を設定する。で公開 科学の進歩、Kurianの最新の作品は、この情報処理の制限と、観察可能な宇宙のすべての問題の関係との関係を推測します。
「この作業は、生物科学全体の主要なパラダイムシフトのために、20世紀の物理学（セルモダイナミクス、相対性、量子力学）の大きな柱の中のドットを結び付け、周囲温度でのウェットウェアにおける量子情報処理の実現可能性と意味を調査します」とクリアンは言いました。 「物理学者と宇宙学者は、特に地球上の生命の起源や居住可能な宇宙の他の場所で、電磁場と協力して進化するため、これらの発見に取り組むべきです。」
量子力学と超放射
量子力学の影響（多くの科学者が小さなスケールのみで適用すると考える物理学の法則）は、障害に敏感です。これが、量子コンピューターを宇宙よりも寒い温度で保持する必要がある理由であり、原子や分子などの小さな物体のみが量子特性を表示する必要があります。量子基準では、生物学的システムは非常に敵対的な環境です。それらは暖かくて混oticとしており、細胞などの基本的なコンポーネントさえも大きいと考えられています。
しかし、クリアンのグループ 昨年、タンパク質ポリマーで明らかに量子効果を発見しました 水溶液では、ミクロンスケールでこれらの困難な条件を生き延び、 また、脳が変性疾患から身を守る方法を提示することもあります アルツハイマー病や関連する認知症のように。彼らの結果は、量子コンピューティング研究者向けの新しいアプリケーションとプラットフォームを示唆しており、生命と量子力学の関係についての新しい考え方を表しています。
彼の単一の著者で 科学の進歩 紙、クリアンは、包括的な仮定の単なる三連ectaを考えました：標準的な量子力学、光によって設定された相対論的速度制限、および臨界質量エネルギー密度での問題が支配的な宇宙。 「これらのかなり無害な施設と組み合わされて、 単一光子の超放射線の顕著な実験的確認 熱平衡のユビキタスな生物学的アーキテクチャでは、量子光学、量子情報理論、凝縮物質物理学、宇宙論、生物物理学にわたって多くの新しい調査ラインが開かれます」
量子情報処理、生化学的信号を超えて
これらの顕著な特性を可能にする重要な分子は、紫外線を吸収し、より長い波長で再放射する多くのタンパク質に見られるアミノ酸であるトリプトファンです。微小管、アミロイドフィブリル、膜貫通受容体、ウイルスカプシド、繊毛、中心、ニューロン、およびその他の細胞錯体におけるトリプトファン形式の大きなネットワーク。 QBL 細胞骨格フィラメントにおける量子超放射線の確認 すべての真核生物がこれらの量子シグナルを使用して情報を処理できるという重大な結果があります。
食物を分解するために、好気性呼吸を受けている細胞は酸素を使用し、フリーラジカルを生成します。トリプトファンは、この紫外線を吸収し、それをより低いエネルギーで再放射することができます。そして、 QBL研究 非常に大きなトリプトファンネットワークは、強力な量子効果のためにこれをさらに効率的かつ堅牢に行うことができます。
生化学シグナル伝達の標準モデルには、細胞または膜を横切るイオンが含まれ、各信号に数ミリ秒かかる電気化学プロセスでスパイクを生成します。しかし、神経科学や他の生物学的研究者は、これが全体の話ではないことをごく最近になっています。これらの細胞骨格フィラメントの超放射線は、約100万分の1マイクロ秒で発生します。彼らのトリプトファンネットワークは、真核生物細胞が化学プロセスだけでは数十倍速い情報を処理できるようにする量子光ファイバー光学として機能している可能性があります。
「クリアンの洞察の意味は驚くべきものです」と、エコール・ポリテクニック・フェデレル・デ・ラウザンヌ（スイス）とエレトラ・シンクロトローン・トリエステ（イタリア）のメイジェド・チェルギー教授は言いました。 2024実験研究。 「量子生物学 – 特に、彼の理論に導かれた標準的なタンパク質分光法からの超放射性署名の観察は、光物理学に照らして、生きているシステムの進化を理解するための新しい眺めを開く可能性があります。」
貧血の生命と惑星のコンピューティング能力
主にニューロンのレベルで生物学的情報処理を考えることにより、多くの科学者は、地球のバイオマスの大部分を形成する細菌、菌類、植物を含む劣化生物が洗練された計算を実行するという事実を見落としています。そして、これらの生物は動物よりもはるかに長く私たちの惑星にあったので、それらは地球の炭素ベースの計算の大部分を構成しています。
「星間媒体と、同様の量子エミッターの惑星間小惑星に署名があります。これは、真核生物の生命の計算上の利点の前兆である可能性があります」と、アリゾナ大学の惑星科学と宇宙化学教授であり、アリゾナアストロ生物学のディレクターであるダンテローレッタは述べています。 「Kurianの予測は、口語のドレイク方程式を超えて、超放射性の生活システムが惑星のコンピューティング能力を高める方法について、定量的な境界を提供します。このシグナル伝達と情報処理モダリティの顕著な特性は、居住可能な外惑星の研究におけるゲームチェンジャーになる可能性があります。」
量子コンピューターとのパフォーマンスの比較
同様に、この最新の分析は、「騒々しい」環境での脆弱な量子効果の生存が、量子情報技術をより回復力を高めたい人にとって非常に興味深いため、量子コンピューティングの研究者の注目を集めています。 Kurianは、生物科学でそのようなつながりを見つけて驚いた量子コンピューティング研究者と会話をしてきました。
「これらの新しいパフォーマンスの比較は、オープン量子システムと量子技術の研究者の大規模なコミュニティにとって興味深いものになるでしょう」と、仕事に関係のない量子研究者であるスイスの連邦技術研究所（ETH）チューリッヒのニコロデフェヌ教授は述べています。 「量子テクノロジーとリビングシステムの間に重要で成長しているつながりを見るのは本当に興味深いことです。」
で 科学の進歩 記事、Kurianは、物理学と情報の間の本質的なリンクを明らかにした長い物理学者から、基本的な量子特性と熱力学的考慮事項を説明し、再検討します。彼のグループと 生物学的繊維におけるUV励起Qubitsの発見、地球上のほとんどすべての生命は、制御可能な量子自由度で計算する物理的能力を持ち、エラー補正サイクルを使用した量子情報の保管と操作が最新の格子ベースの表面コードをはるかに上回ります。 「そして、これはすべて温かいスープで！量子コンピューティングの世界は真剣に注意するはずです」とクリアンは言いました。
この研究はまた、MITの機械工学の教授であり、宇宙の量子コンピューティングと計算能力の研究の先駆者である量子物理学者のセス・ロイドの注目を集めました。 「クリアン博士の大胆かつ想像力豊かな努力は、地球上の生命の過程で生きているシステムによって行われる情報処理の総量に計算の基本的な物理学を適用するための称賛を称賛します。生きているシステムによって実行される計算が人工的なものよりもはるかに強力であることを思い出すのは良いことです」とロイドは言いました。
「人工知能と量子コンピューターの時代には、物理的法則がすべての行動を制限することを覚えておくことが重要です」とクリアンは言いました。 「それでも、これらの厳しい物理的限界は、宇宙の一部を追跡、観察、知識、シミュレートする人生の能力にも当てはまりますが、宇宙の物語が展開するにつれて、その中の素晴らしい秩序を探求し、理解することができます。
