Та яагаад квант мэдрэлийн шинжлэх ухааны талаар санаа зовох ёстой вэ?

Хэрэв та сонсоогүй бол Quantum шинжлэх ухаан яг одоо халуун байна, төсөөлөхийн аргагүй хүчирхэг квант компьютер, хэт үр ашигтай квант харилцаа холбоо, квант шифрлэлтээр дамжуулан нэвтэршгүй кибер аюулгүй байдлын тухай сонирхолтой яриа өрнүүлж байна.

Яагаад энэ бүх шуугиан вэ?

Энгийнээр хэлэхэд, квант шинжлэх ухаан нь бидний өдөр тутмын шинжлэх ухаанд дассан бяцхан хүүхдийнхээ оронд асар том үсрэлтийг амлаж байна. Жишээлбэл, өдөр тутмын шинжлэх ухаан бидэнд 2-3 жил тутамд хоёр дахин хүчирхэгждэг шинэ компьютер өгдөг бол Квант шинжлэх ухаан нь олон тооны компьютерийг амладаг. триллион удаа өнөөгийн хамгийн булчинлаг компьютераас илүү их хүч.

Өөрөөр хэлбэл, квант шинжлэх ухаан амжилттай болбол технологийн газар хөдлөлтийн өөрчлөлтийг хийх бөгөөд энэ нь бидний мэдэх дэлхий ертөнцийг интернет, ухаалаг гар утаснаас ч илүү гүнзгий хэлбэрт оруулах болно.

Квант шинжлэх ухааны гайхалтай боломжууд бүгд нэг энгийн үнэнээс үүдэлтэй: квант үзэгдлүүд нь "сонгодог" (ердийн) үзэгдлүүдийн хийж чадах зүйлийг хязгаарладаг дүрмийг бүрмөсөн зөрчдөг.

Квант шинжлэх ухаан урьд өмнө боломжгүй байсан зүйлийг гэнэт боломжтой болгодог хоёр жишээ бол квант супер байрлал ба квант орооцолдох явдал юм.

Эхлээд квант супер байрлалыг авч үзье.

Ердийн ертөнцөд бейсбол гэх мэт объект нэг дор зөвхөн нэг газар байж болно. Гэхдээ квант ертөнцөд электрон гэх мэт бөөмс хязгааргүй олон газрыг эзэлж чаддаг Үүний зэрэгцээ, физикчид олон мужуудын супер байрлал гэж нэрлэдэг. Тиймээс квант ертөнцөд нэг зүйл заримдаа өөр өөр зүйл шиг аашилдаг.

Одоо бейсболын аналогийг бага зэрэг өргөжүүлж, квант орооцолдсон байдлыг авч үзье. Ердийн ертөнцөд Лос Анжелес, Бостоны томоохон лигийн цэнгэлдэх хүрээлэнгийн харанхуй шүүгээнд суудаг хоёр бейсбол нь бие биенээсээ огт хамааралгүй байдаг, хэрэв та нэг бейсболыг үзэхийн тулд хадгалах шүүгээний нэгийг онгойлговол нөгөө бейсболын хувьд юу ч тохиолдохгүй. 3000 милийн зайд харанхуй хадгалах шүүгээнд. Гэхдээ квант ертөнцөд фотон гэх мэт хоёр бие даасан тоосонцор байдаг чадна Нэг фотоныг детектороор мэдрэх үйлдэл нь бусад фотоныг хэчнээн хол байсан хамаагүй тэр даруй тодорхой төлөвт оруулахад хүргэдэг.

Ийм орооцолдол гэдэг нь квант орчлон ертөнцөд хэд хэдэн бие биенээсээ хол байхаас үл хамааран заримдаа бие биетэйгээ адилхан биеэ авч явах боломжтой гэсэн үг юм.

Энэ нь нэг бейсболын төлөв байдлыг өөрчлөхтэй адил юм - үүнийг хадгалах шүүгээний дээд ба доод тавиур дээр байлгахыг хүчлэх - 3000 милийн зайд хадгалах шүүгээгээ нээж, бүхэлд нь харах замаар. өөр бейсбол.

Эдгээр "боломжгүй" зан үйлүүд нь квант биетүүдийг жишээлбэл, компьютер ашиглан боломжгүй зүйлийг хийхэд тохиромжтой болгодог. Ердийн компьютерт хадгалагдсан мэдээлэл нь тэг эсвэл нэг байдаг боловч квант компьютерт Qubit (квант бит) гэж нэрлэгддэг хадгалагдсан бит нь нэгэн зэрэг тэг ба нэг байдаг. Тиймээс, 8 битийн санах ойн энгийн санд 0 -ээс 255 (2^8 = 256) хүртэлх дурын тоог багтаасан тохиолдолд 8 Кубит санах ой 2^8 = 256 хадгалах боломжтой. тусдаа тоо бүгд нэг дор! Илүү их мэдээллийг хадгалах чадвар нь квант компьютерууд боловсруулах хүчин чадлын хувьд квант үсрэлтийг амлаж байгаагийн шалтгаан юм.

Дээрх жишээн дээр квант компьютерт 8 битийн санах ой 0 -ээс 255 хүртэлх 256 тоог нэг дор хадгалдаг бол энгийн компьютерт 8 битийн санах ой нь 0 -ээс 255 хооронд нэг л тоог хадгалдаг. 24 битийн квант санах ойг төсөөлөөд үз дээ (2^24 = 16,777,216), бидний анхны санах ойгоос 3 дахин их кубит байна: энэ нь асар их зүйлийг хадгалах боломжтой. Нэг дор 16,777,216 өөр тоо!

Энэ нь биднийг Квант шинжлэх ухаан ба нейробиологийн уулзвар руу авчирдаг. Хүний тархи бол өнөөгийн бүх компьютерээс хамаагүй илүү хүчирхэг процессор юм: квант компьютерийн нэгэн адил квант хачин жигтэй байдлаа ашиглан энэ гайхалтай хүчийг олж авдаг уу?

Саяхан болтол энэ асуултанд физикчдийн хариулт "Үгүй" гэсэн хариулттай байсан.

Супер байрлал гэх мэт квант үзэгдлүүд нь эдгээр үзэгдлүүдийг хүрээлэн буй орчноос тусгаарлах, ялангуяа бөөмсийг хөдөлгөж буй орчны дулаан, хэт нарийн ширхэгтэй картын квант байшинг үймүүлж, тодорхой нэг бөөмийг А цэг эсвэл В цэгийг эзлэхэд хүргэдэг. , гэхдээ хоёуланг нь нэгэн зэрэг хийж болохгүй.

Ийнхүү эрдэмтэд квант үзэгдлийг судлахдаа судалж буй материалаа хүрээлэн буй орчноос тусгаарлахын тулд ихэвчлэн туршилтынхаа температурыг бараг туйлын тэг болгож бууруулдаг.

Гэсэн хэдий ч квант суперпозицид тулгуурладаг биологийн зарим үйл явц нь хэвийн температурт явагддаг нь бидний төсөөлж чадамгүй хачирхалтай квант механикийн ертөнц бидний бусад биологийн системийн өдөр тутмын ажилд үнэхээр нэвтэрч магадгүй гэсэн магадлалыг төрүүлж буйг ургамлын физиологийн ертөнцөөс нотлох баримтууд улам бүр нэмэгдсээр байна. мэдрэлийн систем.

Жишээлбэл, 2018 оны 5 -р сард физикч Томас Ла Кур Янсен багтсан Гронингены их сургуулийн судалгааны баг нар болон нарны энергийг шингээх нь зарим электронууд руу нэвчдэг болохыг ашиглан фотосинтетик бактериуд нарны гэрлийг ашиглах боломжтой энерги болгон хувиргах бараг 100% -ийн үр дүнтэй болохыг нотлох баримт олжээ. Гэрлийг барьж авах молекулууд нь ургамлын доторх харьцангуй хол зайд тархсан өдөөгдсөн болон өдөөгдөөгүй квант төлөвт нэгэн зэрэг оршин тогтнох бөгөөд ингэснээр гэрэлд өдөөгдсөн электронууд нь гэрлийг олж авсан молекулуудаас хамгийн ашигтай замыг олох боломжийг олгодог. Учир нь ургамал бий болсон.

Эволюци нь амьдралын хамгийн хэмнэлттэй хэлбэрийг зохион бүтээх эрэл хайгуул хийхдээ биологийн дулаан, нойтон орчинд ашигтай квант нөлөө үзүүлэх боломжгүй гэсэн физикчдийн итгэл үнэмшлийг үл тоомсорлосон бололтой.

Ургамлын биологид квант эффект нээгдсэнээр квант биологи хэмээх шинжлэх ухааны цоо шинэ салбар үүсчээ. Сүүлийн хэдэн жилийн хугацаанд квант биологичид зарим шувуудын нүднээс соронзон орны ойлголт (шувууд нүүдэллэх явцад жолоодлого хийх боломжийг олгодог), хүний ​​үнэр хүлээн авагчийг идэвхжүүлдэг квант механик шинж чанарын нотолгоог олж илрүүлжээ. Хүний нүдний торлог бүрхэвч дэх фоторецепторууд нь нэг квант гэрлийн энергийг авахад цахилгаан дохио үүсгэх чадвартай болохыг алсын хараа судлаачид олж тогтоожээ.

Хувьсал нь бидний тархийг суперпозици, орооцолдох гэх мэт квант эффект ашиглан ашиглах боломжтой энерги үйлдвэрлэх, эсийн хооронд мэдээлэл дамжуулах, хадгалах өндөр үр ашигтай болгосон уу?

Мэдрэлийн эрдэмтэд энэ боломжийг судалж эхэлж байгаа боловч тархины талаарх бидний ойлголтод шинэ нээлт хийхэд хүргэж болзошгүй тул квант мэдрэлийн шинжлэх ухаан шинээр гарч ирж байгаад би маш их баяртай байна.

Шинжлэх ухааны түүх бидэнд тодорхой нээлт болохоос өмнө үнэхээр хачирхалтай сонсогдож буй санаанаас үүдэлтэй гэдгийг бараг л шинжлэх ухааны түүх бидэнд заадаг учраас би үүнийг хэлж байна. Орон зай, цаг хугацаа нь үнэхээр ижил зүйл болохыг (харьцангуйн ерөнхий байдал) Эйнштейний нээлт бол нэг жишээ, хүн төрөлхтөн илүү анхдагч хэлбэрүүдээс үүсэлтэй болохыг Дарвины нээлт бол өөр жишээ юм. Мэдээжийн хэрэг, Планк, Эйнштейн, Бор нар квант механикыг нээсэн нь бас нэг зүйл юм.

Энэ бүхэн маргаашийн тоглолтын цаад санаанууд нь мэдрэлийн шинжлэх ухааны дэвшлийг өөрчилдөг болохыг өнөөдөр маш олон хүмүүс ойлгомжгүй мэт санагдах болно.

Тархинд байдаг квант биологи нь хачирхалтай, боломжгүй мэт сонсогдож байгаа нь мэдрэлийн шинжлэх ухаанд дараагийн аварга том үсрэлтийн эх сурвалж болоход шууд тус болохгүй. Гэхдээ амьд систем дэх квант нөлөөг илүү гүнзгий ойлгох нь бидний тархи, мэдрэлийн системийн талаар чухал шинэ ойлголтуудыг өгөх болно, хэрэв квант үзэл бодлыг баримтлах нь мэдрэл судлаачдыг хачин, өөрөөр хариулт хайхад хүргэдэг гэж би бодож байна. урьд өмнө хэзээ ч судалж байгаагүй гайхалтай газрууд.

Мөрдөн байцаагчид эдгээр хачирхалтай, гайхалтай үзэгдлүүдийг судалж үзэхэд эдгээр үзэгдлүүд бөөмийн физикт орооцолдсон үеэлүүд шигээ эргэж хардаг.