Майже «Автостопом по галактиці»: життя на Землі працює як квантовий комп’ютер і вже здійснило 10⁶⁰ логічних операцій

Вісімдесят років тому фізик Ервін Шредінгер поставив просте, але глибоке питання: що таке життя? У своїх лекціях у Дубліні, пізніше опублікованих як книга, він припустив, що квантові принципи можуть лежати в основі організації живих організмів. Сьогодні, у 2025 році — Міжнародний рік квантової науки і технологій, — фізик Філіп Куріан пропонує радикальну відповідь, яка може змінити наше розуміння біології. Про це розповідає ZME Science.

У своїй дослідницькій роботі, опублікованій у журналі Science Advances, Куріан, директор Квантової біологічної лабораторії при Говардському університеті, стверджує, що життя не лише підкоряється законам квантової фізики, а й використовує їх. За його підрахунками, за 4,5 млрд років існування життя на Землі було виконано приблизно 10⁶⁰ елементарних логічних операцій. Це число настільки величезне, що уявити його складно: якби рахувати по одній операції за секунду, знадобилося б більше часу, ніж вік Всесвіту, помножений на себе. Навіть за найкоротший фізично значущий час — планківський (5,4×10⁻⁴⁴ с) — це зайняло б понад 13 млрд років.

«Ця робота поєднує основи двадцятого століття — термодинаміку, відносність і квантову механіку — для революції в біологічних науках», — зазначає Куріан.

Суперадіація: мікроскопічні обчислювачі життя

Дослідження Куріана починається з клітинного рівня. У 2024 році його команда опублікувала експериментальні дані, які показали, що цитоскелетні білкові волокна — волокнисті структури, які підтримують форму клітин, — виявляють «суперадіацію», квантове явище, при якому частинки діють як єдине ціле. Така когерентність дозволяє енергію рухатися з неймовірною ефективністю через великі групи молекул.

Особливу увагу приділено триптофану — амінокислоті, яка поглинає ультрафіолетове світло й випромінює його на довших хвилях. Мережі триптофану широко поширені в живих організмах, зокрема в мікротрубочках, рецепторах і аксонах. Суперадіаційні стани в цих волокнах обробляють інформацію зі швидкістю близько 10 трлн операцій за секунду — це в мільярд разів швидше, ніж традиційні моделі нейронних обчислень, засновані на потенціалах дії.

«Квантова біологія, зокрема наші спостереження суперадіаційних ознак за допомогою стандартних методів спектроскопії білків, відкриває нові горизонти для розуміння еволюції живих систем», — додає фізик Маджед Шергуї, співавтор експериментального дослідження 2024 року.

За межами мозку: прихований код аневральних організмів

Одна з найсуперечливіших ідей Куріана — те, що біологічні обчислення не починаються з нейронів. Довгий час нейрофізіологи моделювали когніцію, спираючись на спайкові нейрони як основні одиниці інформації. Однак такі моделі ігнорують більшість життя на Землі — організми без нервової системи, як-от бактерії, гриби чи рослини.

Куріан стверджує, що саме ці аневральні організми можуть виконувати основну частину обчислень життя. Їхні клітини також містять суперадіаційні волокна, здатні до квантової сигналізації.

«Наслідки цих ідей вражають», — зазначає Шергуї. Оскільки ці організми існують мільярди років, їхній внесок у загальну «обчислювальну історію» життя величезний.

Квантові обчислення та Всесвіт

Робота Куріана привернула увагу фізиків і фахівців із квантових обчислень. Його підрахунки вказують, що біологічні системи вже виконують квантові обчислення з показниками корекції помилок і енергоефективністю, які перевершують навіть найсучасніші штучні системи.

«Цікаво спостерігати, як зростає зв’язок між квантовими технологіями та живими системами», — говорить Ніколо Дефену, квантовий дослідник із ETH Цюрих. Хоча сучасні квантові комп’ютери потребують охолодження до температур нижче космічного простору, Куріан доводить, що біологічні структури можуть природним чином захищати квантові стани в теплому й хаотичному середовищі.

Дослідження показує, що суперадіаційні білкові волокна в аксонах наближаються до межі Марголуса-Левітіна — квантового ліміту швидкості еволюції систем.

«І все це в теплому "супі"! Світ квантових обчислень має звернути на це увагу», — наголошує Куріан.

Від астробіології до штучного інтелекту

Відкриття має значення не лише для Землі. Триптофан і подібні молекули виявлено в міжзоряному просторі, і деякі астрохіміки вважають їх попередниками життя. Якщо квантова сигналізація є фундаментальною властивістю цих структур, ідеї Куріана можуть вплинути на пошук життя на інших планетах.

«Добре нагадувати, що обчислення живих систем значно потужніші за штучні», — зазначає Сет Ллойд, піонер квантових обчислень із MIT. Куріан іде далі, стверджуючи, що життя — це не випадковий процес, а явище, тісно пов’язане з фізичними законами Всесвіту.

«Хоч ці суворі фізичні межі обмежують здатність життя відстежувати, спостерігати й моделювати частини Всесвіту, ми все одно можемо досліджувати й розуміти його дивовижний порядок», — підсумовує Куріан.

Більше новин читайте на GreenPost.