Kvantu dzīvība izplata sapīšanos paaudzēm

Datorzinātnieki jau sen ir zinājuši, ka evolūcija ir algoritmisks process, kam ir maz sakara ar tās radīto zvēru dabu. Tā vietā evolūcija ir vienkāršu darbību kopums, kas, vairākas reizes atkārtojot, var atrisināt ārkārtīgi sarežģītas problēmas; piemēram, cilvēka smadzeņu radīšanas vai acs izveidošanas problēma.

Un, protams, dzīves radīšanas problēma. Liec evolūcijas algoritmu darboties virtuālajā vidē, un nav vajadzīgs ilgs laiks, lai radītu dzīvībai līdzīgus organismus in silico kas pilnībā dzīvo un vairojas virtuālā datorizētā vidē.

Šāda veida dzīve nav balstīta uz oglekli vai pat uz silīciju. Tas ir tīras informācijas fenomens. Bet, ja informācijas raksturs ļauj simulēt evolūcijas procesu parastā datorā, tad kāpēc gan ne arī uz kvantu datora? Iegūtā dzīvība pastāvētu virtuālajā kvantu vidē, ko regulē dīvainie kvantu mehānikas likumi. Tādējādi tas būtu pilnīgi atšķirīgs no jebkā, ko biologi jebkad ir saskārušies vai iedomājušies.

Bet kādā formā varētu būt kvantu dzīvība? Šodien mēs gūstam ieskatu šajā jautājumā, pateicoties Unai Alvarez-Rodriguez un dažu draugu darbam Basku zemes Universitātē Spānijā. Viņi ir simulējuši veidu, kā dzīve attīstās kvantu vidē, un izmanto to, lai ierosinātu, kā to pirmo reizi varētu izdarīt reālā kvantu vidē. Viņi saka, ka esam izstrādājuši kvantu informācijas modeli, lai atdarinātu bioloģisko sistēmu uzvedību, ko iedvesmojuši dabiskās atlases likumi.

Evolūcijas soļi ir labi zināmi. Tas sākas ar indivīdu populāciju, kas spēj vairoties. Tālāk ir jābūt selekcijas procesam, kas ļauj labāk pielāgotiem indivīdiem radīt vairāk pēcnācēju nekā mazāk pielāgotiem indivīdiem. Un ir jābūt arī veidam, kā ar nejaušas mutācijas vai seksuālas rekombinācijas palīdzību ieviest izmaiņas starp vienu paaudzi uz nākamo.

Pēdējā sastāvdaļa ir iterācija. Ja šīs darbības tiek atkārtotas daudzās neskaitāmās paaudzēs, parādās indivīdi, kuri ir attīstījušies, lai vislabāk izdzīvotu attiecīgajā vidē.

Vismaz tā tas darbojas klasiskajā pasaulē gan reālajā, gan virtuālajā vidē. Bet kvantu pasaule ir atšķirīga. No pirmā acu uzmetiena nav pilnīgi skaidrs, kā kaut kas līdzīgs varētu notikt kvantu vidē.

Taču Alvaress-Rodrigezs un citi ir izstrādājuši veidu, kā to izdarīt. Viņi sāk, radot kvantu indivīdus, kas spēj vairoties kvantu vidē.

Šīs radības sastāv no divām daļām. Pirmais spēlē DNS lomu; tā ir informācija, kas tiek nodota no vienas paaudzes nākamajai. Otrais spēlē būtnes ķermeņa lomu, tā ir daļa, kas mijiedarbojas ar vidi, noveco un galu galā mirst. Šīs daļas darbojas kā organisma genotips un fenotips.

Radības var vairoties divos veidos. Pirmā ir aseksuāla — kvantu DNS atdalās no sava ķermeņa un pēc tam ir pieejama, lai pievienotos citam kvantu ķermenim, lai izveidotu jaunu indivīdu. Tas rada identisku oriģināla kopiju, bet mutācijas var rasties fizisku procesu rezultātā, kas nejauši maina ķermeni starp dzīvēm.

Otrs veids ir seksuālā reprodukcija. Kad divas radības satiekas, tās vairojas, apmainoties ar kvantu DNS, lai iegūtu jaunu genomu, kurā ir abu elementi. Pēc tam to var savienot ar ķermeni, lai izveidotu organismu ar pilnīgi jaunu genotipu.

Protams, mehānikai, kas to visu regulē, ir pilnībā kvantitatīvs raksturs. Operācija, kas nodod informāciju no vienas paaudzes uz nākamo, ir kvantu klonēšanas veids, kas pārsūta informāciju no vienas daļiņas uz otru. Mutācija ir sava veida loģiska darbība, piemēram, rotācija, kas maina daļiņas pārnesto kvantu informāciju.

Šādai dzīvei būtu dažas unikālas īpašības. Dažādu indivīdu sapīšanās ļauj mums klonēt klasisko informāciju un izplatīt sākotnējo kvantu dzīvo vienību kvantu koherences nākamajām paaudzēm, saka Alvarez-Rodriguez un co.

Citiem vārdiem sakot, kvantitāte pāriet no vienas paaudzes uz nākamo, izmantojot kvantu sapīšanos. Tātad katram indivīdam un tā pēcnācējiem ir spēcīga saikne, jo sapinušās daļiņas faktiski dalās vienādi.

Bet tam ir svarīgas skaitļošanas sekas. Rezultātā iegūtā simulācija ir tik sarežģīta, ka ar klasisko datoru to var veikt tikai dažas paaudzes, un tas ievērojami ierobežo to, ko var uzzināt par kvantu dzīvības būtību.

Protams, ir nepieciešams tīri kvantu modelis. Un šeit Alvarez-Rodriguez un viņa kolēģi saka, ka tam vajadzētu būt iespējamam ar tehnoloģijām, kas ir pieejamas tagad.

Viņi norāda, ka vienkāršākajiem kvantu dzīvības veidiem ir jāsastāv tikai no diviem kubitiem - viens pārstāv genotipu un otrs - fenotipu. Šie kubiti ir tikai jāsavieno kopā.

Tam vajadzētu būt samērā vienkārši, piemēram, ar notvertiem joniem, ar kuriem fiziķiem ir ievērojama pieredze. Šajā gadījumā kvantu informāciju var uzglabāt dažādos jonu enerģijas līmeņos. Mijiedarbība starp joniem un tajos esošajiem kubitiem pēc tam var tikt veikta, izmantojot loģiskās darbības, kas apvieno šos stāvokļus, pagriež tos utt. Līdzīgas darbības ir iespējamas arī ar fotoniem un supravadošiem kubitiem.

Tas ir interesants darbs ar aizraujošu potenciālu. Tagad ir vajadzīgs kāds, kuram ir iesprostotu jonu iekārta vai kvantu optikas sols, un dažas brīvas stundas, lai paspēlētos ar šāda veida modeli. Šāds modelis varētu izpētīt, kā kvantu indivīdi attīstās noteiktā vidē.

Šādam eksperimentam ir potenciāls mainīt to, kā pētnieki domā par dzīvi un, patiešām, kvantitāti. Ikreiz, kad parādās ideja par kvantu dzīvību, drīz vien rodas vienkāršs jautājums. Tādā veidā kvantu dzīvības eksperimenti var izgaismot pašas dzīvības izcelsmi.

Domāšana par šo tēmu strauji mainās. Ne tik sen biologi zvērēja akli, ka kvantu procesi nekad nevarēs spēlēt lomu dzīvības mehānismos vai tās izcelsmē.

Šodien viņi nav tik pārliecināti. Šķiet, ka kvantu procesi ir visu veidu bioloģisko parādību, piemēram, fotosintēzes, mūsu ožas un pat putnu navigācijas pamatā, pamatā.

Tikai drosmīgs pētnieks iebilstu, ka viņiem nevarēja būt nozīme dzīvības izcelsmē. Un tieši šāds darbs varētu palīdzēt izpētīt šo svarīgo jautājumu sīkāk nekā jebkad agrāk.

Atsauce: arxiv.org/abs/1505.03775 : mākslīgā dzīve kvantu tehnoloģijās

paslēpties