31.03.2025, 18:47

Ученые нашли доказательства квантовых вычислений в живых организмах

Жизнь, оказывается, не просто хаос — это тонко настроенная система, использующая законы Вселенной

Quantum Biology Laboratory, Philip Kurian

Более 80 лет назад Эрвин Шредингер в книге «Что такое жизнь?» предположил, что законы физики, включая квантовую механику, могут объяснить природу жизни. Недавно физик Филип Куриан из Говардского университета (США) доказал: живые системы — от бактерий до человека — используют квантовые эффекты для обработки информации в миллиарды раз быстрее, чем любые компьютеры. Его исследование, опубликованное в Science Advances, меняет наше понимание биологии и технологий.

Квантовая механика и как она работает в клетках?

Квантовая механика — это наука о поведении частиц на микроскопическом уровне. Она включает сложные явления:

суперпозиция — частица может быть в нескольких состояниях одновременно, как будто монета висит в воздухе, не выбрав «орел» или «решку».
запутанность — две частицы связаны так, что изменение одной мгновенно влияет на другую, даже на расстоянии.

Раньше считалось, что такие эффекты возможны только в холодных и контролируемых условиях, а не в «теплом хаосе» живых клеток. Но Куриан обнаружил, что белковые сети в цитоскелете (внутреннем каркасе клеток) используют квантовое сверхизлучение. Это когда молекулы вместе излучают свет мощнее и быстрее, чем поодиночке, как хор, поющий громче солиста.

Ключевую роль играет триптофан — аминокислота в белках. Она поглощает ультрафиолетовый свет (например, от свободных радикалов в клетках) и переизлучает его. В больших сетях, таких как микротрубочки, триптофан работает как антенна, усиливая сигнал благодаря квантовым эффектам.

Это позволяет клеткам обрабатывать данные со скоростью 10¹²–10¹³ операций в секунду — в миллиард раз быстрее, чем нервные импульсы (около 10³ операций в секунду).

Почему это открытие настолько важно?

Живые системы, включая бактерии и растения, используют квантовые эффекты при комнатной температуре, опережая искусственные квантовые компьютеры, которым нужны температуры близкие к -273°C.
Это открытие может вдохновить создание устойчивых квантовых компьютеров, способных работать в «шумной» среде, как клетки.
Куриан сравнил вычислительную мощность жизни на Земле с мощностью всей материи в наблюдаемой Вселенной, показав, что жизнь играет огромную роль в обработке информации.

«Физики и космологи должны бросать интеллектуальный вызов таким открытиям, особенно когда они рассматривают происхождение жизни на Земле и в других местах обитаемой Вселенной», — говорит Куриан.

Представьте мозг как суперкомпьютер: он не только передает электрические сигналы, но и использует квантовые эффекты для мгновенной обработки данных. В растениях клетки также, благодаря триптофану, могут «общаться» светом быстрее, чем химическими сигналами. Это касается всех эукариотических организмов (с клетками, содержащими ядро) — от одноклеточных до человека.

Для сравнения:

Обычные сигналы (ионы через мембраны) — несколько миллисекунд на операцию.
Квантовое сверхизлучение — пикосекунды (10⁻¹² секунды).

«Квантовая биология может открыть новые горизонты для понимания эволюции живых систем», — отмечает Маджед Шерги, профессор из Швейцарии.

Квантовые эффекты работают в сетях размером с микрон (10⁻⁶ метра) в клетках. Живые системы показывают, как хранить и обрабатывать кубиты (квантовые биты, которые могут быть 0 и 1 одновременно), обходя ограничения современных технологий.

Это не просто наука — это вызов. Если бактерии и растения используют квантовую механику, то мы недооценивали жизнь на Земле. А если такие эффекты есть в космосе (например, на астероидах), это меняет поиск жизни во Вселенной. Новое открытие это мост между биологией и квантовыми технологиями.

«Вычисления, выполняемые живыми системами, намного мощнее, чем те, которые выполняются искусственными», — подчеркивает Сет Ллойд, один из основателей квантовых вычислений.