Kwantumcomputing in de menselijke hersenen verkennen

De fosforatomen in ons lichaam hebben de benodigde kernspin die kan fungeren als biokemische qubits. Wetenschappers bestuderen de kernspin en andere dynamica van nano-clusters van sferisch gevormde Posner-moleculen, die de rol van neurale qubits kunnen spelen.

Kwantumcomputing

Zoals hierboven vermeld, hangt kwantumcomputing af van het gedrag van atomen en ionen, die in superpositie kunnen zijn. In plaats van bits te vertegenwoordigen, vertegenwoordigen dergelijke deeltjes qubits die de waarde 1, of 0, of beide tegelijkertijd kunnen aannemen.

Net als digitale bits in traditionele computing, kan een set qubits een netwerk creëren voor het coderen, opslaan en overbrengen van informatie. In kwantumcomputers worden qubits gecreëerd en onderhouden bij zeer lage temperaturen, in een hoog geïsoleerde en gecontroleerde omgeving.

Aan de andere kant is de temperatuur van de menselijke hersenen warm en het is zeker geen perfecte omgeving om kwantumeffecten te vertonen vanwege thermische beweging van atomen en moleculen.

Kwantumverwerking in de menselijke hersenen

Volgens Fisher bieden de kernspinnen (in de kern van het atoom, in plaats van nabijgelegen elektronen) iets ongewone – iets wat nog niet bestudeerd is.

Kernspinnen, die goed geïsoleerd zijn, kunnen kwantumdata urenlang (of misschien langer) opslaan. De fosforatomen (1% van onze lichaamselementen) hebben de benodigde kernspin die kan fungeren als biokemische qubits.

Momenteel monitort het onderzoeksteam de kwantumeigenschappen van fosfor. Specifiek zoeken ze naar verwikkeling tussen twee kernspinnen van fosforatomen wanneer ze aan elkaar gebonden zijn om een molecuul te vormen.

Onderwijl bestudeert een onderzoeksteam aan de New York Universiteit de kernspin en andere dynamica van nano-clusters sferisch gevormde Posner-moleculen. In dit project zullen ze proberen uit te zoeken of deze moleculen capabel genoeg zijn om de kernspinnen van biokemische qubits te beschermen. Verder zullen ze zich ook richten op dissociatie en paar-binding van Posner-moleculen, wat non-lokale kwantumdata-verwerking toestaat.

Een ander onderzoeksteam van de Technische Universiteit van München zal de rol van mitochondriën in kwantumkoppeling en verwikkeling onderzoeken. Het doel is om te ontdekken of deze dubbele-membraangebounde organellen, verantwoordelijk voor celsignalisatie en metabolisme, hun tubulaire netwerken kunnen gebruiken om Posner-moleculen tussen neuronen over te dragen.

Fusie en fissie van mitochondriën kunnen non-lokale inter- en intracellulaire kwantumverwikkeling vestigen. Verder kan dissociatie van Posner-moleculen calcium vrijmaken, wat de vrijgave van neurotransmitter en synaptische firing activeert, wat niet anders zou zijn dan een kwantum-gekoppeld netwerk van neuronen.

Technische Details

Tot nu toe hebben onderzoekers de structuur en spectroscopische vingerafdruk van Posner-moleculen onderzocht. Ze zijn stabiel in vacuüm en hebben S6-symmetrie. Het berekende vibrationele spectrum kan dienen als spectroscopische vingerafdruk, helpend bij de experimentele detectie van Posner-moleculen.

Impure cations kunnen een centrale calcium vervangen, wat zowel botgroei als fosfor-spin-eigenschappen aangeeft. Het team heeft aangetoond dat Posner-molecuul een veelbelovende kandidaat is van beschermde (van omgevingsdecoherentie) kernspinnen, met potentiële implicaties in medische imaging en vloeistoftoestand NMR-kwantumcomputatie.

Ze hebben een pseudospin-kwantumgetal uitgevonden dat coherente kwantumdata in Posner-moleculen kan coderen en een techniek kan bieden om de rotationele vrijheidsgraden (van Posner-molecuul) met zijn kernspin te verwarren. Deze techniek is centraal voor de rol van Posner-molecuul als biokemische qubit in het kwantum-hersenconcept.