探索人脑中的量子计算
- 我们体内的磷原子具有必要的核自旋，可以充当生化量子位。
- 科学家正在研究球形波斯纳分子纳米团簇的核自旋和其他动力学，它们可能发挥神经量子位的作用。
由加州大学圣巴巴拉分校领导的一个国际研究小组将研究人脑在量子计算方面的潜力。加州大学圣巴巴拉分校的理论物理学家 Matthew Fisher 表示，我们有可能在自己的大脑中进行量子处理。
人脑量子计算的概念并不是全新的。科学家们已经研究这个问题有一段时间了。费舍尔想出了一些非凡的东西——一套独特的生物钥匙，可以在我们的大脑中使用量子计算。
到目前为止，您只听说过基于冻结原子和离子、钻石缺陷和超导结的量子计算。然而，这项研究（量子大脑项目）将寻求实验数据来回答一些奇怪的问题，例如“我们是量子计算机吗？”
该项目在三年内总共获得了 120 万美元的资助。这项研究可能有助于我们更好地了解我们的大脑是如何工作的，这可能会导致新的心理治疗程序。
无论我们的大脑是否执行量子计算，这项研究都将为溶液化学量子纠缠、生化催化、生物材料和人类情绪障碍等领域带来重大进展。
量子计算
如上所述，量子计算仅依赖于原子和离子的行为，它们可以叠加。这些粒子不是代表位，而是代表可以同时取值 1 或 0 或两者的量子位。
就像传统计算中的数字位一样，一组量子位可以创建一个用于编码、存储和传输信息的网络。在量子计算机中，量子位是在高度隔离和受控的环境中在非常低的温度下创建和维护的。
另一方面，人脑的温度较高，由于原子和分子的热运动，这当然不是表现量子效应的完美环境。
人脑中的量子处理
根据费舍尔的说法，核自旋（在原子核心，而不是附近的电子）提供了一些不寻常的东西 - 迄今为止尚未研究过的东西。
核自旋被很好地隔离，可以将量子数据存储几个小时（或更长时间）。磷原子（占人体元素的 1%）具有必要的核自旋，可以充当生化量子位 .
图片来源：Peter Allen / 加州大学圣巴巴拉分校
目前，研究小组正在监测磷的量子特性。具体来说，他们正在寻找磷原子的两个核自旋相互结合形成分子时之间的纠缠。
资料来源：RSC 出版 | doi:10.1039/C7CP07720C | 加州大学圣巴巴拉分校
与此同时，纽约大学的一个研究小组正在研究纳米团簇球形波斯纳分子的核自旋和其他动力学。在这个项目中，他们将试图弄清楚这些分子是否有足够的能力保护生化量子位的核自旋。此外，他们还将重点研究波斯纳分子的解离和成对结合，从而实现非局域量子数据处理。
慕尼黑工业大学的另一个研究小组将研究线粒体在量子耦合和纠缠中的作用。目的是找出这些负责细胞信号传导和新陈代谢的双膜结合细胞器是否可以利用其管状网络在神经元之间转移波斯纳分子。
线粒体的融合和裂变可以建立非局部的细胞间和细胞内量子纠缠。进一步的波斯纳分子解离可以释放钙，激活神经递质的释放和突触放电，这只不过是一个量子耦合的神经元网络。
技术细节
到目前为止，研究人员已经研究了波斯纳分子的结构和光谱指纹。它们在真空中稳定并且具有S6对称性。计算得到的振动谱可以作为光谱指纹，有助于波斯纳分子的实验检测。
杂质阳离子可以取代中心钙，表明骨骼生长和磷自旋特性。该团队已经证明波斯纳分子是受保护（免受环境退相干）核自旋的有前途的候选者，在医学成像和液态核磁共振量子计算方面具有潜在的影响。
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他们已经找到了一个赝自旋量子数，可以在波斯纳分子中编码相干量子数据，并可能提供一种将（波斯纳分子的）旋转自由度与其核自旋纠缠在一起的技术。这项技术对于波斯纳分子作为量子脑概念中的生化量子位的作用至关重要。
工业技术