आपल्याला क्वांटम न्यूरोसायन्सची काळजी का घ्यावी

जर आपण ऐकले नाही, तर क्वांटम विज्ञान सध्या पांढरे गरम आहे, ज्यामध्ये अविश्वसनीय शक्तिशाली क्वांटम संगणक, अल्ट्रा-कार्यक्षम क्वांटम संप्रेषण आणि क्वांटम एन्क्रिप्शनद्वारे अभेद्य सायबर सुरक्षिततेबद्दल उत्साही चर्चा आहे.

सर्व प्रचार का?

सोप्या भाषेत सांगायचे तर आम्ही रोजच्या विज्ञानाच्या सवयीने वाढलेल्या बाळाच्या चरणांऐवजी क्वांटम विज्ञान मोठ्या झेप घेण्याचे आश्वासन देते. उदाहरणार्थ, दररोज विज्ञान आम्हाला नवीन संगणक देते जे प्रत्येक २- 2-3 वर्षांनी दुप्पट शक्ती देते, तर क्वांटम विज्ञान बर्‍याच संगणकांसह वचन देते कोट्यावधी वेळा आज उपलब्ध असलेल्या सर्वात स्नायूंच्या संगणकापेक्षा अधिक शक्ती.

दुसर्‍या शब्दांत क्वांटम विज्ञान, यशस्वी झाल्यास तंत्रज्ञानात भूकंपनिर्मितीची पाळी निर्माण करेल जी आपल्याला माहित आहे तशा जगाला आकार देईल, इंटरनेट किंवा स्मार्टफोनपेक्षा अधिक प्रगल्भ मार्गाने.

क्वांटम विज्ञानाची चित्तथरारक शक्यता सर्व एका साध्या सत्यातून उद्भवते: क्वांटम इंद्रियगोचर “शास्त्रीय” (सामान्य) इंद्रियगोचर काय करू शकते यावर मर्यादा घालणारे नियम पूर्णपणे मोडतो.

क्वांटम विज्ञानाने अशक्य असलेल्या गोष्टी अचानक केल्या पाहिजेत अशी दोन उदाहरणे म्हणजे क्वांटम सुपरपोजिशन आणि क्वांटम अडचणी.

चला प्रथम क्वांटम सुपरपोजिशन हाताळू.

सामान्य जगात बेसबॉलसारख्या वस्तू एकाच वेळी एकाच ठिकाणी असू शकतात. परंतु क्वांटम जगात इलेक्ट्रॉन सारखा कण असंख्य ठिकाणी व्यापू शकतो त्याच वेळी, भौतिकशास्त्रज्ञ ज्याला एकाधिक राज्यांचे सुपरपोजिशन म्हणतात त्यामध्ये विद्यमान आहे. म्हणून क्वांटम जगात, एक गोष्ट कधीकधी बर्‍याच गोष्टींसारखी वागते.

आता बेसबॉलची समानता थोडी पुढे वाढवून क्वांटम अडचणीचे परीक्षण करूया. सामान्य जगात लॉस एंजेलिस आणि बोस्टनमधील प्रमुख लीग स्टेडियममध्ये गडद लॉकरमध्ये बसलेल्या दोन बेसबॉल एकमेकांपासून पूर्णपणे स्वतंत्र आहेत, जसे की आपण एखाद्या बेसबॉलकडे पाहण्याकरिता स्टोरेज लॉकरपैकी एखादे उघडले तर दुसर्‍या बेसबॉलचे काहीही होणार नाही ,000,००० मैलांवर एका गडद संग्रहाच्या लॉकरमध्ये. परंतु क्वांटम जगात, फोटॉनसारखे दोन वैयक्तिक कण करू शकता अशा प्रकारे गुंतागुंत व्हा, जसे की एका फोटोनला डिटेक्टरद्वारे सेन्स करण्याची केवळ कृती एखाद्या विशिष्ट अवस्थेची कल्पना करण्यास तत्काळ दूरवर इतर फोटॉनला सक्ती करते.

अशा अडचणीचा अर्थ असा आहे की क्वांटम ब्रह्मांडात, अनेक विशिष्ट घटक कधीकधी एकाच अस्तित्वाच्या रूपात वागू शकतात, भिन्न संस्था कितीही वेगळी असली तरीही.

एका बेसबॉलची स्थिती बदलण्याइतकेच असे होईल - म्हणू, ते स्टोअरेज लॉकरच्या सर्वात वरच्या विरूद्ध तळाशी असलेल्या शेल्फवर बसवणे - फक्त ,000,००० मैलांच्या अंतरावर स्टोरेज लॉकर उघडून संपूर्णपणे टक लावून पाहणे भिन्न बेसबॉल

हे "अशक्य" वर्तन क्वांटम घटकांना अशक्य करण्यासाठी आदर्श करतात, उदाहरणार्थ, संगणकांसह. सामान्य संगणकांमध्ये संग्रहित माहिती एकतर शून्य किंवा एक असते, परंतु क्वांटम संगणकात संग्रहित बिट, ज्याला क्युबिट (क्वांटम बिट) म्हणतात, शून्य आणि एकाच वेळी दोन्ही असतात. अशा प्रकारे, जेथे 8 बिट्सच्या साध्या मेमरी स्टोअरमध्ये 0 ते 255 (2 ^ 8 = 256) पर्यंतची कोणतीही वैयक्तिक संख्या असू शकते 8 क्युबिट्सची मेमरी 2 ^ 8 = 256 संचयित करू शकते स्वतंत्र संख्या सर्व एकाच वेळी! क्वांटम कॉम्प्यूटर्स प्रोसेसिंग पॉवरमध्ये क्वांटम लीपचे वचन का देते हे अधिक माहिती संचयित करण्याची क्षमता आहे.

वरील उदाहरणात, क्वांटम संगणकामधील 8 बिट मेमरी 256 संख्या 0 ते 255 दरम्यान एकाच वेळी संचयित करते तर सामान्य संगणकात 8 बिट मेमरी एका वेळी 0 आणि 255 दरम्यान फक्त 1 संख्या संचयित करते. आता आमची पहिली मेमरीच्या फक्त 3 पट क्युबिट्ससह 24 बिट क्वांटम मेमरी (2 ^ 24 = 16,777,216) ची कल्पना करा: ती तब्बल साठवून ठेवू शकते एकाच वेळी 16,777,216 भिन्न संख्या!

जे आपल्याला क्वांटम विज्ञान आणि न्यूरोबायोलॉजीच्या छेदनबिंदूवर आणते. आज उपलब्ध असलेल्या कोणत्याही संगणकापेक्षा मानवी मेंदू हा खूपच शक्तिशाली प्रोसेसर आहे: क्वांटम संगणकांप्रमाणेच क्वांटम विचित्रपणाचा उपयोग करून या काही शक्ती प्राप्त करते काय?

अगदी अलीकडील काळापर्यंत भौतिकशास्त्रज्ञांनी त्या प्रश्नाचे उत्तर एक विलक्षण "नाही" केले आहे.

सुपरपोज़िशन सारख्या क्वांटम इंद्रियगोचर आसपासच्या वातावरणापासून त्या घटकाला विलग करण्यावर अवलंबून असतात, विशेषत: वातावरणात उष्णता ज्यामुळे हालचालीचे कण तयार होते, सुपरपोजिशनच्या कार्डेचे हायपर-नाजूक क्वांटम घर अस्वस्थ करते आणि विशिष्ट कणांना बिंदू A किंवा बिंदू B वर कब्जा करण्यास भाग पाडते. , परंतु दोन्ही एकाच वेळी नाही.

अशा प्रकारे, जेव्हा वैज्ञानिक क्वांटम इंद्रियगोचरांचा अभ्यास करतात तेव्हा आसपासच्या वातावरणापासून ते शिकत असलेल्या सामग्रीला वेगळे करण्यासाठी बहुधा त्यांच्या प्रयोगातील तापमान कमी करून निरपेक्ष शून्यावर खाली टाकतात.

परंतु पुरावा वनस्पती शरीरविज्ञान या जगापासून उद्भवत आहे की क्वांटम सुपरपोज़िशनवर अवलंबून असलेल्या काही जैविक प्रक्रिया सामान्य तापमानात उद्भवू शकतात आणि यामुळे क्वांटम मेकॅनिकचे आश्चर्यकारकपणे विचित्र जग खरोखरच आपल्यासारख्या इतर जीवशास्त्रीय यंत्रणेच्या रोजच्या कामात शिरण्याची शक्यता वाढवते. मज्जासंस्था

उदाहरणार्थ, मे २०१ in मध्ये ग्रोनिंगेन युनिव्हर्सिटीमधील एक संशोधन कार्यसंघ ज्यामध्ये भौतिकशास्त्रज्ञ थॉमस ला कॉर जेन्सेन यांचा समावेश आहे असे आढळले की वनस्पती आणि काही प्रकाशसंश्लेषक जीवाणू सूर्यप्रकाशास वापरण्यायोग्य उर्जेमध्ये रूपांतरित करणारे सुमारे 100% कार्यक्षमता प्राप्त करतात ज्यायोगे सौर ऊर्जेचे शोषण केल्यामुळे काही इलेक्ट्रॉन उद्भवतात. प्रकाश-कॅप्चरिंग रेणू एकाच वेळी रोपेच्या आत तुलनेने लांब अंतरापर्यंत पसरलेल्या उत्साही आणि नॉन-उत्साहित क्वांटम अवस्थेमध्ये अस्तित्वात असतात, ज्यामुळे प्रकाश-उत्साही इलेक्ट्रॉनांना रेणू विभक्त रेणूंमध्ये सर्वात उपयुक्त मार्ग शोधू शकतो जेथे प्रकाश वेगवेगळ्या रेणूंमध्ये वापरता येतो. वनस्पती तयार आहे.

उत्क्रांती, अत्यंत ऊर्जा-कार्यक्षम जीवनाचे अभियंता बनविण्याच्या अथक प्रयत्नात, जीवशास्त्रातील उबदार, ओल्या वातावरणात उपयुक्त क्वांटम इफेक्ट उद्भवू शकत नाहीत, असा भौतिकशास्त्रज्ञांच्या विश्वासाकडे दुर्लक्ष केल्याचे दिसून येते.

वनस्पती जीवशास्त्रातील क्वांटम प्रभावांच्या शोधामुळे क्वांटम बायोलॉजी नावाच्या विज्ञानातील पूर्णपणे नवीन क्षेत्राला चालना मिळाली आहे. गेल्या काही वर्षांत, क्वांटम बायोलॉजिस्ट्सने काही पक्ष्यांच्या डोळ्यांत चुंबकीय क्षेत्रातील धारणा (स्थलांतर दरम्यान पक्ष्यांना नेव्हिगेट करण्यास सक्षम करणे) आणि मानवांमध्ये वास घेणारे सक्रिय केल्याचा पुरावा शोधला आहे. व्हिजन संशोधकांनी हे देखील शोधून काढले आहे की मानवी रेटिनामधील फोटोरॅसेप्टर्स एका प्रकाशाच्या उर्जाच्या कब्जापासून विद्युत सिग्नल तयार करण्यास सक्षम आहेत.

उत्क्रांतीसुद्धा उपयोगात आणणारी उर्जा निर्माण करण्यास किंवा सुपरपोजिशन आणि अडचण यांसारख्या क्वांटम इफेक्टचा वापर करून न्यूरॉन्समध्ये माहिती संप्रेषित आणि संचयित करण्यात आमच्या मेंदूला अति-कार्यक्षम बनवते?

न्यूरोसाइंटिस्ट या संभाव्यतेची तपासणी करण्याच्या अगदी सुरुवातीस आहेत, परंतु क्वांटम न्यूरोसायन्सच्या नवोदित क्षेत्राबद्दल मी उत्सुक आहे कारण यामुळे मेंदूतल्या आपल्या समजूतदारपणामध्ये जबडा-घसरण घडू शकते.

मी हे म्हणत आहे कारण विज्ञानाचा इतिहास आपल्याला शिकवते की सर्वात मोठी घडामोडी बहुतेक वेळा अशा कल्पनांमधून येतात जी विशिष्ट यश येण्यापूर्वी आश्चर्यकारकपणे विचित्र वाटतात. आइनस्टाईनचा शोध की जागा आणि वेळ खरोखर एकच गोष्ट आहे (सामान्य सापेक्षता) त्याचे एक उदाहरण आहे, डार्विनचा शोध की मनुष्य अधिक आदिवासींच्या जीवनातून विकसित झाला होता, हे आणखी एक उदाहरण आहे. आणि अर्थातच, प्लँक, आइनस्टाईन आणि बोहर यांनी क्वांटम मेकॅनिकचा प्रथम शोध घेतलेला शोध अजून एक आहे.

या सर्वांचा ठामपणे असा संकेत आहे की उद्याच्या खेळाच्या न्यूरोसायन्सच्या प्रगतीमागील कल्पना, आज बहुतेक लोकांना अत्यंत अपारंपरिक आणि अशक्य वाटेल.

आता, मेंदूतील क्वांटम बायोलॉजी विचित्र आणि अशक्य वाटल्यामुळे ते आपोआप न्यूरोसायन्सच्या पुढील राक्षस झेपचे स्रोत होण्यासाठी पात्र ठरत नाही. परंतु मला असे वाटते की सजीवांच्या प्रणालीतील क्वांटम परिणामाची सखोल समजून घेतल्यास आपल्या मेंदूत आणि मज्जासंस्थेबद्दल महत्त्वपूर्ण नवीन अंतर्दृष्टी प्राप्त होईल, कारण इतर कोणत्याही कारणास्तव, क्वांटम पॉइंट दृष्टिकोन स्वीकारल्यास न्युरोसिसिस्ट्स विचित्र उत्तर शोधू शकतील आणि यापूर्वी त्यांनी कधीही छाननी केली नाही.

आणि जेव्हा अन्वेषक जेव्हा त्या विचित्र आणि आश्चर्यकारक घटनेकडे पाहतात तेव्हा कदाचित, त्या कण भौतिकशास्त्राच्या त्यांच्या चुलत चुलतभावांप्रमाणे, त्यांच्याकडे मागे वळून पाहतील!