Por que você deveria saber sobre ciência Quântica e Neurobiologia

Por que você deveria saber sobre ciência Quântica e Neurobiologia

A ciência quântica está super em alta, conversas empolgadas sobre computadores quânticos inimagináveis- mentes poderosas, comunicação quântica ultra-eficiente e segurança cibernética impenetrável por meio da criptografia quântica.

Por que todo o hype?

Simplificando, a ciência quântica promete saltos gigantescos a frente, em vez dos passos de bebê aos quais nos acostumamos através da ciência cotidiana. A ciência cotidiana, por exemplo, nos dá novos computadores que dobram de poder a cada dois ou três anos, enquanto a ciência quântica promete computadores com muitos trilhões de vezes mais energia do que o computador mais potente disponível atualmente.

Em outras palavras, a ciência quântica, se bem-sucedida, produzirá uma mudança sísmica na tecnologia que remodelará o mundo como o conhecemos, de maneiras ainda mais profundas do que a Internet ou os smartphones fizeram.

As possibilidades de tirar o fôlego da ciência quântica surgem de uma simples verdade: os fenômenos quânticos quebram completamente as regras que limitam o que fenômenos “clássicos” (normais) podem realizar.

Dois exemplos em que a ciência quântica faz o que costumava ser impossível de repente possível são superposição quântica e entrelaçamento quântico.

Vamos abordar a superposição quântica primeiro.

No mundo normal, um objeto como uma bola de beisebol só pode estar em um lugar ao mesmo tempo. Mas no mundo quântico, uma partícula como um elétron pode ocupar um número infinito de lugares ao mesmo tempo, existindo no que os físicos chamam de superposição de múltiplos estados. Então, no mundo quântico, uma coisa às vezes se comporta como muitas coisas diferentes.

Agora vamos examinar o entrelaçamento quântico estendendo um pouco mais a analogia do beisebol. No mundo normal, duas bolas de beisebol nos armários escuros nos principais estádios de Los Angeles e Boston são totalmente independentes umas das outras, de tal forma que se você abrisse um dos armários de armazenamento para ver uma bola de beisebol, absolutamente nada aconteceria à outra bola de beisebol. em um armário escuro a 3.000 milhas de distância. Mas no mundo quântico, duas partículas individuais, como os fótons, podem ser entrelaçadas, de tal forma que o simples ato de detectar um fóton com um detector força instantaneamente o outro fóton, não importa a distância, a assumir um estado particular.

Tal emaranhamento significa que no universo quântico, múltiplas entidades distintas podem às vezes se comportar como uma entidade única, não importando quão distantes estejam as entidades distintas.

Isso seria o equivalente a mudar o estado de uma bola de beisebol – digamos, forçá-la a ficar na prateleira superior em vez da inferior de um armário – simplesmente abrindo um armário a 3.000 milhas de distância e observando um beisebol totalmente diferente.

Esses comportamentos “impossíveis” tornam as entidades quânticas ideais para fazer o impossível com, por exemplo, computadores. Em computadores normais, um bit de informação armazenado é um zero ou um, mas em um computador quântico, um bit armazenado, chamado de Qubit (bit quântico), é zero e um ao mesmo tempo. Assim, onde um armazenamento de memória simples de 8 bits pode conter qualquer número individual de 0 a 255 (2 ^ 8 = 256), uma memória de 8 Qubits pode armazenar 2 ^ 8 = 256 números separados de uma só vez! A capacidade de armazenar exponencialmente mais informações é por que os computadores quânticos prometem um salto quântico no poder de processamento.

No exemplo acima, uma memória de 8 bits em um computador quântico armazena 256 números entre 0 e 255 de uma só vez, enquanto uma memória de 8 bits em um computador comum armazena apenas um número entre 0 e 255 por vez. Agora imagine uma memória quântica de 24 bits (2 ^ 24 = 16.777.216) com apenas 3 vezes mais Qubits que a nossa primeira memória: ela poderia armazenar um número enorme de 16.777.216 números diferentes ao mesmo tempo!

Ciência Quântica e Neurobiologia

O que nos leva à intersecção da ciência quântica e da neurobiologia. O cérebro humano é um processador muito mais poderoso do que qualquer computador disponível hoje em dia: ele alcança um pouco desse incrível poder, aproveitando a estranheza quântica da mesma forma que os computadores quânticos fazem?

Até muito recentemente, a resposta dos físicos a essa pergunta tem sido um retumbante “não”.

Fenômenos quânticos como a superposição dependem do isolamento desses fenômenos do ambiente circundante, particularmente do calor no ambiente que põe as partículas em movimento, perturbando a casa quântica hiper-delicada de cartões de superposição e forçando uma determinada partícula a ocupar um dos pontos A ou B , mas nunca os dois ao mesmo tempo.

Assim, quando os cientistas estudam fenômenos quânticos, eles fazem grandes esforços para isolar o material que estão estudando do ambiente ao redor, geralmente diminuindo a temperatura em seus experimentos para quase zero absoluto.

Mas há evidências do mundo da fisiologia vegetal de que alguns processos biológicos que dependem da superposição quântica ocorrem em temperaturas normais, levantando a possibilidade de que um mundo inimaginavelmente estranho da mecânica quântica possa de fato invadir o funcionamento diário de outros sistemas biológicos, como o nosso sistema nervoso.

Por exemplo, em maio de 2018, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Groningen, que incluiu o físico Thomas la Cour Jansen, encontrou evidências de que as plantas e algumas bactérias fotossintéticas alcançam quase 100% de eficiência convertendo a luz solar em energia utilizável, explorando o fato de que a absorção de energia solar causa alguns elétrons. As moléculas de captura de luz existem simultaneamente nos estados quânticos excitados e não excitados espalhados por distâncias relativamente longas dentro da planta, permitindo que os elétrons excitados por luz encontrem o caminho mais eficiente a partir das moléculas onde a luz é capturada para diferentes moléculas onde a energia utilizável para a planta é criada.

A evolução, em sua busca incansável por projetar as formas de vida mais eficientes em termos de energia, parece ter ignorado a crença dos físicos de que os efeitos quânticos úteis não podem acontecer nos ambientes quentes e úmidos da biologia.

A descoberta dos efeitos quânticos na biologia vegetal deu origem a um campo inteiramente novo da ciência chamado biologia quântica. Nos últimos anos, biólogos quânticos descobriram evidências de propriedades da mecânica quântica na percepção do campo magnético nos olhos de algumas aves (permitindo que as aves naveguem durante a migração) e na ativação de receptores olfativos em humanos. Os pesquisadores da visão também descobriram que os fotorreceptores na retina humana são capazes de gerar sinais elétricos a partir da captura de um único quanta de energia luminosa.

Será que a evolução também tornou nossos cérebros hiper-eficientes em gerar energia utilizável ou transmitir e armazenar informações entre os neurônios usando efeitos quânticos como superposição e entrelaçamento?

Os neurocientistas estão no início de investigar essa possibilidade, mas eu, pelo menos, estou entusiasmado com o campo recém-nascido da neurociência quântica porque poderia levar a avanços impressionantes em nossa compreensão do cérebro.

Digo isso porque a história da ciência nos ensina que as maiores descobertas quase sempre vêm de idéias que, antes que ocorra um avanço particular, soam incrivelmente estranhas. A descoberta de Einstein de que espaço e tempo são realmente a mesma coisa (relatividade geral) é um exemplo, a descoberta de Darwin de que os seres humanos evoluíram de formas de vida mais primitivas é outra. E, claro, a descoberta da mecânica quântica por Planck e Bohr, em primeiro lugar, é outra.

Tudo isso implica fortemente que as ideias por trás dos avanços tecnológicos futuros na neurociência, hoje em dia, parecem para a maioria das pessoas altamente pouco ortodoxas e improváveis.

Agora, só porque a biologia quântica no cérebro parece estranha e improvável, não a qualifica automaticamente para ser a fonte do próximo salto gigante na neurociência. Mas tenho um palpite de que uma compreensão mais profunda dos efeitos quânticos nos sistemas vivos trará novos insights importantes sobre nossos cérebros e sistemas nervosos, se não por outro motivo, adotar um ponto de vista quântico fará com que os neurocientistas procurem respostas em lugares estranhos e maravilhosos que eles nunca consideraram investigar antes.

E quando os investigadores examinam esses fenômenos estranhos e maravilhosos, esses fenômenos podem, como seus primos emaranhados na física de partículas, olhar para eles!

Agora vamos examinar o entrelaçamento quântico estendendo um pouco mais a analogia do beisebol. No mundo normal, duas bolas de beisebol nos armários escuros nos principais estádios de Los Angeles e Boston são totalmente independentes umas das outras, de tal forma que se você abrisse um dos armários de armazenamento para ver uma bola de beisebol, absolutamente nada aconteceria à outra bola de beisebol. em um armário escuro a 3.000 milhas de distância. Mas no mundo quântico, duas partículas individuais, como os fótons, podem ser entrelaçadas, de tal forma que o simples ato de detectar um fóton com um detector força instantaneamente o outro fóton, não importa a distância, a assumir um estado particular.

Tal entrelaçamento significa que no universo quântico, múltiplas entidades distintas podem às vezes se comportar como uma entidade única, não importando quão distantes estejam as entidades distintas.

Eric Haseltine Ph.D

Via Psychology Today

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