大腦中可能進行著量子處理美科學(xué)家提出“神經(jīng)量子比特”概念

大腦中可能進行著量子處理

美科學(xué)家提出“神經(jīng)量子比特”概念

波斯納分子團

科技日報北京8月28日電（記者常麗君）為了理解智慧的基礎(chǔ)是什么，科學(xué)家從解剖、神經(jīng)生化甚至量子物理學(xué)的角度進行深入研究。最近，美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校的馬修·費希爾提出，大腦中可能在利用核自旋進行著量子處理，他在Arxiv文庫（一個專門收錄科學(xué)文獻(xiàn)預(yù)印本的在線數(shù)據(jù)庫）中發(fā)表論文對這一觀點進行了解釋。

馬修·費希爾說，小分子和離子會迅速與周圍的液體環(huán)境糾纏，因此不能在宏觀時間尺度保持量子相干；而核自旋與環(huán)境的連接很弱，有可能延長其相干時間。相干持續(xù)時間取決于元素種類及其自旋量子值，這樣看來，具有最佳相干時間的元素是一種理想的“神經(jīng)量子比特”，應(yīng)該有清晰的1/2核自旋，在生化環(huán)境中，這種1/2自旋核是弱退相干的。

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)27日報道，磷是唯一較常見的核自旋為1/2的生化元素，因此磷酸鹽很適合充當(dāng)神經(jīng)量子比特的載體。在費希爾的理論中，提出了一種叫做“波斯納”（Posner）的磷酸鹽分子Ca9(PO4)6，很適合充當(dāng)量子比特存儲器，其能維持的相干時間可能達(dá)到幾天。

量子處理的核心是量子糾纏，酶催化反應(yīng)會破壞焦磷酸鹽離子，產(chǎn)生兩個磷酸鹽離子，形成量子糾纏對，可作為量子比特。這種磷酸鹽對和細(xì)胞外的鈣離子結(jié)合形成波斯納分子后，仍會保留核自旋糾纏。

對于某個問題而言，把所有想法集中在一起，真正進行量子處理，需要實現(xiàn)某種量子糾纏和后續(xù)測量。

費希爾還提出一種叫做“吻過就跑”（kissandrun）的胞外分泌機制：神經(jīng)突觸把成對的糾纏磷酸鹽釋放到細(xì)胞外液體中，在此它們與鈣離子結(jié)合成多重波斯納分子，實際上就將糾纏態(tài)的磷核自旋保存下來。當(dāng)波斯納分子被傳輸?shù)絻蓚€分離的突觸前端，在相互融合時，就會發(fā)生量子測量，釋放一陣胞內(nèi)鈣離子“雨”，引發(fā)下一步的神經(jīng)遞質(zhì)釋放，提高突觸后神經(jīng)元放電的可能性。這種多重糾纏的波斯納分子引發(fā)神經(jīng)元放電率的非局部量子相干，為神經(jīng)量子處理提供了關(guān)鍵機制。

費希爾還指出，突觸前端發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)運體VGLUTs（葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白）可作為假定的波斯納分子。VGLUTs本身有不同形式，今后的研究或有助于識別它們各自的角色。

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