Kini idi ti o yẹ ki o bikita nipa kuatomu Neuroscience

Ni ọran ti o ko ti gbọ, imọ-ẹrọ kuatomu jẹ gbigbona funfun ni bayi, pẹlu ọrọ itara ti awọn kọnputa kuatomu ti ko ni agbara ti o lagbara, ibaraẹnisọrọ kuatomu daradara ati aabo cyber ti ko ṣee ṣe nipasẹ fifi ẹnọ kọ nkan kuatomu.

Kini idi gbogbo aruwo naa?

Ni kukuru, imọ -ẹrọ kuatomu ṣe ileri awọn fifo omiran siwaju dipo awọn igbesẹ ọmọ ti a ti saba si nipasẹ imọ -jinlẹ lojoojumọ. Imọ-ọjọ lojoojumọ, fun apẹẹrẹ, fun wa ni awọn kọnputa tuntun ti o ni ilọpo meji ni agbara ni gbogbo ọdun 2-3, lakoko ti imọ-jinlẹ kuatomu ṣe ileri awọn kọnputa pẹlu ọpọlọpọ aimọye igba agbara diẹ sii ju kọnputa iṣan lọpọlọpọ ti o wa loni.

Ni awọn ọrọ miiran Imọ kuatomu, ti o ba ṣaṣeyọri, yoo ṣe agbejade iyipada ile jigijigi ninu imọ -ẹrọ ti yoo tun ṣe agbaye bi a ti mọ, ni awọn ọna ti o jinlẹ paapaa ju Intanẹẹti tabi awọn fonutologbolori ṣe.

Awọn aye iyalẹnu ti imọ -jinlẹ kuatomu gbogbo dide lati otitọ ti o rọrun kan: iyalẹnu kuatomu patapata fọ awọn ofin ti o fi opin si kini iyalẹnu “kilasika” (deede) le ṣaṣeyọri.

Awọn apẹẹrẹ meji nibiti imọ -ẹrọ kuatomu jẹ ki ohun ti o ṣee ṣe ko ṣee ṣe lojiji ṣee ṣe, jẹ iṣapeye kuatomu ati isọmọ kuatomu.

Jẹ ki a koju superposition superposition ni akọkọ.

Ni agbaye deede, nkan bii baseball le wa ni aaye kan ni akoko kan. Ṣugbọn ni agbaye kuatomu, patiku bii elekitironi le gba nọmba ailopin ti awọn aaye ni akoko kan naa, tẹlẹ ninu ohun ti awọn onimọ -jinlẹ pe superposition ti awọn ipinlẹ pupọ. Nitorinaa ni agbaye kuatomu, ohun kan nigbakan huwa bi ọpọlọpọ awọn nkan oriṣiriṣi.

Ni bayi jẹ ki a ṣe ayẹwo isunmọ kuatomu nipa sisọ afiwe baseball kekere diẹ siwaju. Ninu agbaye deede awọn bọọlu afẹsẹgba meji ti o joko ni awọn titiipa dudu ni awọn papa -iṣere Ajumọṣe pataki ni Los Angeles ati Boston jẹ ominira patapata si ara wọn, bii pe ti o ba ṣii ọkan ninu awọn titiipa ibi ipamọ lati wo bọọlu afẹsẹgba kan, Egba ko si ohun ti yoo ṣẹlẹ si baseball miiran ninu atimole ibi ipamọ dudu dudu 3,000 km kuro. Ṣugbọn ni agbaye kuatomu, awọn patikulu olukuluku meji, gẹgẹbi awọn photon le ni idapọmọra, iru pe iṣe lasan ti riran photon kan pẹlu oluwari kan fi ipa mu fotonu miiran, laibikita bi o ti jinna to, lati gba ipo kan pato.

Iru isọkusọ bẹ tumọ si pe ninu agbaye kuatomu, ọpọlọpọ awọn nkan ti o yatọ le ṣe ihuwasi nigbakan bi nkan kan, laibikita bawo ni awọn nkan ti o yato si.

Eyi yoo jẹ deede ti iyipada ipo ti bọọlu afẹsẹgba kan - sọ, fi ipa mu lati wa lori oke la. Selifu isalẹ ti atimole ibi ipamọ kan - ni rọọrun nipa ṣiṣi titiipa ibi ipamọ 3,000 ibuso kuro ati wiwo ni kikun yatọ baseball.

Awọn ihuwasi “ko ṣee ṣe” wọnyi jẹ ki awọn nkan kuatomu jẹ apẹrẹ fun ṣiṣe ohun ti ko ṣee ṣe pẹlu, fun apẹẹrẹ, awọn kọnputa. Ninu awọn kọnputa deede alaye kekere ti o fipamọ jẹ boya odo tabi ọkan, ṣugbọn ninu kọnputa kuatomu nkan ti o fipamọ, ti a pe ni Qubit (bit quantum), jẹ odo mejeeji ati ọkan ni akoko kanna. Nitorinaa, nibiti ibi itaja iranti ti o rọrun ti awọn biti 8 le ni nọmba olukuluku lati 0 si 255 (2^8 = 256) iranti ti 8 Qubits le fipamọ 2^8 = 256 lọtọ awọn nọmba gbogbo ni ẹẹkan! Agbara lati ṣafipamọ alaye diẹ sii laibikita ni idi ti awọn kọnputa kuatomu ṣe ileri fifo kuatomu ni agbara sisẹ.

Ni apẹẹrẹ ti o wa loke, iranti bit 8 kan ninu kọnputa kuatomu tọju awọn nọmba 256 laarin 0 ati 255 ni ẹẹkan nigba ti iranti bit 8 ninu kọnputa lasan kan tọju awọn nọmba 1 nikan laarin 0 ati 255 ni akoko kan. Bayi fojuinu iranti kuatomu 24 bit (2^24 = 16,777,216) pẹlu awọn akoko 3 nikan bi ọpọlọpọ Qubits bi iranti akọkọ wa: o le ṣafipamọ nla kan Awọn nọmba oriṣiriṣi 16,777,216 ni ẹẹkan!

Eyiti o mu wa wa si ikorita ti imọ -ẹrọ kuatomu ati neurobiology. Ọpọlọ eniyan jẹ ero isise ti o lagbara diẹ sii ju kọnputa eyikeyi ti o wa loni: ṣe o ṣaṣeyọri diẹ ninu agbara oniyi yii nipa sisọ isokuso titobi ni ọna kanna ti awọn kọnputa kuatomu ṣe?

Titi di laipẹ, idahun awọn onimọ -jinlẹ si ibeere yẹn ti jẹ “Bẹẹkọ.”

Awọn iyalẹnu kuatomu bii superposition gbarale yiya sọtọ awọn iyalẹnu wọnyẹn lati agbegbe agbegbe, ni pataki ooru ni agbegbe ti o ṣeto awọn patikulu ni išipopada, ti o ru ile ti o pọ pupọ ti ile awọn kaadi ti superposition ati ipa ipa kan pato lati gba boya aaye A tabi aaye B , ṣugbọn kii ṣe mejeeji ni akoko kanna.

Nitorinaa, nigbati awọn onimọ -jinlẹ kẹkọọ awọn iyalẹnu kuatomu wọn lọ si gigun lati sọtọ ohun elo ti wọn nkọ lati agbegbe agbegbe, nigbagbogbo nipa sisọ iwọn otutu ninu awọn adanwo wọn si odo ti o fẹrẹẹ to.

Ṣugbọn ẹri ti npọ si lati agbaye ti ẹkọ ti ẹkọ ọgbin pe diẹ ninu awọn ilana ti ibi ti o gbẹkẹle igbẹkẹle titobi waye ni awọn iwọn otutu deede, igbega iṣeeṣe pe agbaye ajeji ti ko ṣe airotẹlẹ ti awọn ẹrọ isọdọmọ le nitootọ wọ inu awọn iṣẹ lojoojumọ ti awọn eto ẹda miiran, gẹgẹbi aifọkanbalẹ awọn ọna šiše.

Fun apẹẹrẹ, ni Oṣu Karun ọdun 2018 ẹgbẹ iwadii kan ni Ile -ẹkọ Groningen ti o pẹlu fisiksi Thomas la Cour Jansen ri ẹri pe awọn irugbin ati diẹ ninu awọn kokoro arun photosynthetic ṣaṣeyọri fere 100% ṣiṣe iyipada oorun si agbara lilo nipasẹ ilokulo otitọ pe gbigba agbara oorun nfa diẹ ninu awọn elekitironi ninu awọn molikula ti n mu ina lati wa nigbakanna ninu mejeeji awọn itara ati awọn ipin kuatomu ti ko ni itankale tan kaakiri awọn ijinna gigun laarin ọgbin, gbigba awọn elekitironi ti o ni itara lati wa ọna ti o munadoko julọ lati awọn molikula nibiti a ti mu ina si awọn molikula oriṣiriṣi nibiti agbara lilo nitori a da ohun ọgbin.

Itankalẹ, ninu ibeere ailagbara rẹ lati ṣe ẹlẹrọ awọn fọọmu igbesi aye ti o ni agbara pupọ julọ, o han pe o ti kọju si igbagbọ awọn onimọ-jinlẹ pe awọn ipa kuatomu iwulo ko le ṣẹlẹ ni agbegbe gbona, tutu ti isedale.

Iwari ti awọn ipa kuatomu ninu isedale ọgbin ti jẹ ki aaye imọ -jinlẹ tuntun patapata ti a pe ni isedale kuatomu. Ni awọn ọdun diẹ sẹhin, awọn onimọ -jinlẹ kuatomu ti ṣe awari ẹri ti awọn ohun -ini imọ -ẹrọ kuatomu ni iwoye aaye oofa ni oju diẹ ninu awọn ẹiyẹ (mu awọn ẹiyẹ laaye lati lilö kiri lakoko ijira), ati ni ṣiṣiṣẹ awọn olugba olfato ninu eniyan. Awọn oniwadi iran tun ti ṣe awari pe photoreceptors ninu retina eniyan ni agbara lati ṣe agbekalẹ awọn ami itanna lati imudani quanta kan ti agbara ina.

Njẹ itankalẹ tun jẹ ki ọpọlọ wa ni agbara-gaan ni jijẹ agbara agbara lilo tabi gbigbe ati titoju alaye laarin awọn neurons nipa lilo awọn ipa kuatomu bii superposition ati idimu?

Awọn onimọ-jinlẹ wa ni ibẹrẹ ibẹrẹ ṣiṣewadii iṣeeṣe yii, ṣugbọn emi fun ọkan ni inu-didùn nipa aaye tuntun ti imọ-jinlẹ kuatomu nitori pe o le ja si awọn ikọlu fifọ bakan ni oye wa ti ọpọlọ.

Mo sọ eyi nitori itan -akọọlẹ ti imọ -jinlẹ kọ wa pe awọn aṣeyọri nla julọ ti o fẹrẹ to nigbagbogbo wa lati awọn imọran pe, ṣaaju iṣiṣẹ kan pato waye, dun ohun ti iyalẹnu. Awari Einstein pe aaye ati akoko jẹ ohun kanna gaan (ibatan gbogbogbo) jẹ apẹẹrẹ kan, wiwa Darwin pe awọn eniyan wa lati awọn ọna igbesi aye alakoko diẹ sii, jẹ omiiran. Ati nitorinaa, wiwa Planck, Einstein ati wiwa Bohr ti awọn ẹrọ isọdọmọ ni aye akọkọ, tun jẹ omiiran.

Gbogbo eyiti o tumọ si ni agbara pupọ pe awọn imọran ti o wa lẹhin ere ọla ti n yipada awọn ilọsiwaju ni neuroscience, loni yoo dabi si ọpọlọpọ eniyan lati jẹ aigbagbọ pupọ ati aiṣe.

Ni bayi, nitori pe isedale kuatomu ninu ọpọlọ dun ohun ajeji ati pe ko ṣeeṣe ko ṣe deede fun ara rẹ lati jẹ orisun ti fifo omiran atẹle siwaju ni neuroscience. Ṣugbọn Mo ni ifamọra pe oye ti o jinlẹ ti awọn ipa kuatomu ninu awọn eto igbe yoo fun awọn oye tuntun pataki nipa opolo wa ati awọn eto aifọkanbalẹ, ti ko ba si idi miiran, pe gbigba aaye wiwo kuatomu yoo fa awọn onimọ -jinlẹ lati wa awọn idahun ni ajeji ati awọn aye iyalẹnu ti wọn ko gbero iwadii ṣaaju.

Ati pe nigbati awọn oniwadi wo inu iyalẹnu ati iyalẹnu iyalẹnu wọnyẹn, awọn iyalẹnu wọnyẹn, le, bii awọn ibatan wọn ti o wa ninu fisiksi patiku, wo ẹhin wọn!