Explorando a computação quântica no cérebro humano

• Os átomos de fósforo em nosso corpo têm o spin nuclear necessário que poderia atuar como qubits bioquímicos.
• Os cientistas estão estudando o spin nuclear e outras dinâmicas de nanoaglomerados de moléculas Posner de formato esférico, que poderiam desempenhar o papel de qubits neurais.

Uma equipe internacional de pesquisadores, liderada pela UC Santa Barbara, estudará o potencial do cérebro humano para a computação quântica. De acordo com Matthew Fisher, físico teórico da UCSB, é possível que estejamos realizando processamento quântico em nosso próprio cérebro.

O conceito de computação quântica no cérebro humano não é inteiramente novo. Os cientistas já estudam isso há algum tempo. Fisher descobriu algo extraordinário – um conjunto único de chaves biológicas que poderia empregar a computação quântica em nosso cérebro.

Até agora, você só ouviu falar de computação quântica baseada no congelamento de átomos e íons, defeitos em diamantes e junções supercondutoras. No entanto, este estudo (Quantum Brain Project) irá buscar dados experimentais que possam responder a algumas questões bizarras como ‘somos computadores quânticos’?

O projeto recebeu um total de US$ 1,2 milhão ao longo de 3 anos. Esta pesquisa pode nos ajudar a entender melhor como funciona o nosso cérebro, o que pode levar a novos procedimentos de tratamento mental.

Independentemente de nosso cérebro realizar ou não computação quântica, este estudo fornecerá avanços significativos nas áreas de emaranhamento quântico de soluções químicas, catálise bioquímica, biomateriais e transtornos do humor humano.

Computação Quântica

Conforme mencionado acima, a computação quântica depende exclusivamente do comportamento de átomos e íons, que podem estar em superposição. Em vez de representar bits, essas partículas representam qubits que podem assumir o valor 1, ou 0, ou ambos simultaneamente.

Tal como os bits digitais na computação tradicional, um conjunto de qubits pode criar uma rede para codificar, armazenar e transmitir informações. Nos computadores quânticos, os qubits são criados e mantidos a temperaturas muito baixas, num ambiente altamente isolado e controlado.

Por outro lado, a temperatura do cérebro humano é quente e certamente não é um ambiente perfeito para exibir efeitos quânticos devido ao movimento térmico dos átomos e das moléculas.

Processamento Quântico no Cérebro Humano

De acordo com Fisher, os spins nucleares (no núcleo do átomo, e não nos elétrons próximos) fornecem algo incomum – algo que não foi estudado até agora.

Os spins nucleares, que estão bem isolados, podem armazenar dados quânticos por horas (ou talvez mais). Os átomos de fósforo (1% dos elementos do nosso corpo) têm o spin nuclear necessário que poderia atuar como qubits bioquímicos .

Crédito da imagem:Peter Allen/UC Santa Bárbara

Atualmente, a equipe de pesquisa está monitorando as propriedades quânticas do fósforo. Especificamente, eles procuram o emaranhamento entre dois spins nucleares de átomos de fósforo quando ligados entre si para formar uma molécula.

Fonte: publicação RSC | doi:10.1039/C7CP07720C | UC Santa Bárbara

Enquanto isso, uma equipe de pesquisa da Universidade de Nova York está estudando o spin nuclear e outras dinâmicas de nanoaglomerados de moléculas Posner de formato esférico. Neste projeto, eles tentarão descobrir se essas moléculas são capazes o suficiente para proteger os spins nucleares dos qubits bioquímicos. Além disso, eles também se concentrarão na dissociação e ligação de pares de moléculas de Posner, que permitem o processamento de dados quânticos não locais.

Outra equipe de pesquisa da Universidade Técnica de Munique investigará o papel das mitocôndrias no acoplamento e emaranhamento quântico. O objetivo é descobrir se essas organelas ligadas à membrana dupla, responsáveis ​​pela sinalização e metabolismo celular, podem usar suas redes tubulares para transferir moléculas de Posner entre neurônios.

A fusão e a fissão das mitocôndrias poderiam estabelecer um emaranhado quântico inter e intracelular não local. A dissociação adicional das moléculas de Posner poderia liberar cálcio, ativando a liberação de neurotransmissores e o disparo sináptico, o que nada mais seria do que redes de neurônios acopladas quânticas.

Detalhes Técnicos

Até agora, os pesquisadores investigaram a estrutura e a impressão digital espectroscópica das moléculas de Posner. Eles são estáveis ​​no vácuo e possuem simetria S6. O espectro vibracional calculado pode servir como uma impressão digital espectroscópica, auxiliando na detecção experimental de moléculas de Posner.

Os cátions de impureza poderiam substituir um cálcio central, indicando tanto o crescimento ósseo quanto as propriedades de rotação do fósforo. A equipe demonstrou que a molécula de Posner é uma candidata promissora de spins nucleares protegidos (da decoerência ambiental), com implicações potenciais em imagens médicas e computação quântica de RMN de estado líquido.

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Eles descobriram um número quântico de pseudospin que poderia codificar dados quânticos coerentes em moléculas de Posner e poderia fornecer uma técnica para entrelaçar os graus de liberdade rotacionais (da molécula de Posner) com seu spin nuclear. Esta técnica é central para o papel da molécula de Posner como um qubit bioquímico no conceito de cérebro quântico.