మీరు క్వాంటం న్యూరోసైన్స్ గురించి ఎందుకు శ్రద్ధ వహించాలి

మీరు వినకపోతే, క్వాంటం సైన్స్ ప్రస్తుతం వైట్ హాట్ గా ఉంది, అనూహ్యంగా శక్తివంతమైన క్వాంటం కంప్యూటర్లు, అల్ట్రా-ఎఫెక్టివ్ క్వాంటం కమ్యూనికేషన్ మరియు క్వాంటం ఎన్క్రిప్షన్ ద్వారా అభేద్యమైన సైబర్ భద్రత గురించి ఉత్సాహంగా మాట్లాడుతున్నారు.

అన్ని హైప్ ఎందుకు?

సరళంగా చెప్పాలంటే, రోజువారీ శాస్త్రం ద్వారా మనం అలవాటు పడిన శిశువు దశలకు బదులుగా క్వాంటం సైన్స్ పెద్ద ఎత్తుకు దూకుతుందని వాగ్దానం చేసింది. ప్రతిరోజూ సైన్స్, ప్రతి 2-3 సంవత్సరాలకు రెట్టింపు శక్తినిచ్చే కొత్త కంప్యూటర్లను ఇస్తుంది, అయితే క్వాంటం సైన్స్ చాలా కంప్యూటర్లతో వాగ్దానం చేస్తుంది ట్రిలియన్ల సార్లు ఈ రోజు అందుబాటులో ఉన్న కండరాల కంప్యూటర్ కంటే ఎక్కువ శక్తి.

మరో మాటలో చెప్పాలంటే, క్వాంటం సైన్స్ విజయవంతమైతే, సాంకేతిక పరిజ్ఞానం యొక్క భూకంప మార్పును ఉత్పత్తి చేస్తుంది, అది మనకు తెలిసినట్లుగా ప్రపంచాన్ని పున e రూపకల్పన చేస్తుంది, ఇంటర్నెట్ లేదా స్మార్ట్‌ఫోన్‌ల కంటే మరింత లోతైన మార్గాల్లో.

క్వాంటం సైన్స్ యొక్క ఉత్కంఠభరితమైన అవకాశాలు అన్నీ ఒక సాధారణ సత్యం నుండి ఉత్పన్నమవుతాయి: క్వాంటం దృగ్విషయం “క్లాసికల్” (సాధారణ) దృగ్విషయం సాధించగల పరిమితిని పరిమితం చేసే నియమాలను పూర్తిగా విచ్ఛిన్నం చేస్తుంది.

క్వాంటం సైన్స్ అసాధ్యంగా ఉండేదాన్ని అకస్మాత్తుగా సాధ్యం చేసే రెండు ఉదాహరణలు, క్వాంటం సూపర్‌పొజిషన్ మరియు క్వాంటం చిక్కు.

మొదట క్వాంటం సూపర్‌పొజిషన్‌ను పరిష్కరించుకుందాం.

సాధారణ ప్రపంచంలో, బేస్ బాల్ వంటి వస్తువు ఒకే సమయంలో ఒకే చోట ఉంటుంది. కానీ క్వాంటం ప్రపంచంలో, ఎలక్ట్రాన్ వంటి కణం అనంతమైన ప్రదేశాలను ఆక్రమించగలదు అదే సమయంలో, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు బహుళ రాష్ట్రాల యొక్క సూపర్ పాయింట్ అని పిలుస్తారు. కాబట్టి క్వాంటం ప్రపంచంలో, ఒక విషయం కొన్నిసార్లు చాలా విభిన్న విషయాలలా ప్రవర్తిస్తుంది.

ఇప్పుడు బేస్ బాల్ సారూప్యతను కొంచెం విస్తరించడం ద్వారా క్వాంటం చిక్కును పరిశీలిద్దాం. సాధారణ ప్రపంచంలో లాస్ ఏంజిల్స్ మరియు బోస్టన్‌లోని ప్రధాన లీగ్ స్టేడియాలలో చీకటి లాకర్లలో కూర్చున్న రెండు బేస్ బాల్స్ ఒకదానికొకటి పూర్తిగా స్వతంత్రంగా ఉంటాయి, అంటే మీరు ఒక బేస్ బాల్ చూడటానికి నిల్వ లాకర్లలో ఒకదాన్ని తెరిస్తే, ఇతర బేస్ బాల్ కు ఏమీ జరగదు. 3,000 మైళ్ళ దూరంలో ఉన్న చీకటి నిల్వ లాకర్‌లో. కానీ క్వాంటం ప్రపంచంలో, ఫోటాన్లు వంటి రెండు వ్యక్తిగత కణాలు చెయ్యవచ్చు చిక్కుకుపోండి, అంటే ఒక ఫోటాన్‌ను డిటెక్టర్‌తో సెన్సింగ్ చేసే చర్య ఇతర ఫోటాన్‌ను ఎంత దూరం ఉన్నా, ఒక నిర్దిష్ట స్థితిని to హించుకోవడానికి తక్షణమే బలవంతం చేస్తుంది.

ఇటువంటి చిక్కు అంటే, క్వాంటం విశ్వంలో, విభిన్న ఎంటిటీలు ఎంత భిన్నంగా ఉన్నా, కొన్నిసార్లు ఒకే ఎంటిటీగా ప్రవర్తిస్తాయి.

ఇది ఒక బేస్ బాల్ యొక్క స్థితిని మార్చడానికి సమానం-చెప్పండి, ఇది ఒక నిల్వ లాకర్ యొక్క పైభాగంలో మరియు దిగువ షెల్ఫ్‌లో ఉండమని బలవంతం చేస్తుంది-కేవలం 3,000 మైళ్ల దూరంలో ఉన్న నిల్వ లాకర్‌ను తెరిచి పూర్తిగా చూడటం ద్వారా భిన్నమైనది బేస్బాల్.

ఈ “అసాధ్యమైన” ప్రవర్తనలు, ఉదాహరణకు, కంప్యూటర్లతో అసాధ్యం చేయడానికి క్వాంటం ఎంటిటీలను అనువైనవిగా చేస్తాయి. సాధారణ కంప్యూటర్లలో నిల్వ చేయబడిన బిట్ సమాచారం సున్నా లేదా ఒకటి, కానీ క్వాంటం కంప్యూటర్‌లో క్యూబిట్ (క్వాంటం బిట్) అని పిలువబడే నిల్వ చేయబడిన బిట్, సున్నా మరియు ఒకే సమయంలో ఉంటుంది. అందువల్ల, 8 బిట్ల యొక్క సాధారణ మెమరీ స్టోర్ 0 నుండి 255 వరకు ఏదైనా వ్యక్తిగత సంఖ్యను కలిగి ఉంటుంది (2 ^ 8 = 256) 8 క్యూబిట్ల జ్ఞాపకశక్తి 2 ^ 8 = 256 ప్రత్యేక సంఖ్యలు అన్ని ఒకేసారి! క్వాంటం కంప్యూటర్లు ప్రాసెసింగ్ శక్తిలో క్వాంటం లీపును ఎందుకు వాగ్దానం చేస్తాయో విపరీతంగా మరింత సమాచారాన్ని నిల్వ చేయగల సామర్థ్యం.

పై ఉదాహరణలో, క్వాంటం కంప్యూటర్‌లోని 8 బిట్ మెమరీ ఒకేసారి 0 మరియు 255 మధ్య 256 సంఖ్యలను నిల్వ చేస్తుంది, అయితే ఒక సాధారణ కంప్యూటర్‌లో 8 బిట్ మెమరీ ఒకేసారి 0 మరియు 255 మధ్య 1 సంఖ్యను మాత్రమే నిల్వ చేస్తుంది. ఇప్పుడు 24 బిట్ క్వాంటం మెమరీని (2 ^ 24 = 16,777,216) మన మొదటి జ్ఞాపకశక్తి కంటే 3 రెట్లు ఎక్కువ క్యూబిట్‌లతో imagine హించుకోండి: ఇది భారీగా నిల్వ చేయగలదు ఒకేసారి 16,777,216 వేర్వేరు సంఖ్యలు!

ఇది క్వాంటం సైన్స్ మరియు న్యూరోబయాలజీ కూడలికి తీసుకువస్తుంది. ఈ రోజు అందుబాటులో ఉన్న ఏ కంప్యూటర్ కంటే మానవ మెదడు చాలా శక్తివంతమైన ప్రాసెసర్: క్వాంటం కంప్యూటర్లు చేసే విధంగానే క్వాంటం విచిత్రతను ఉపయోగించడం ద్వారా ఈ అద్భుతమైన శక్తిని సాధించగలదా?

ఇటీవల వరకు, ఆ ప్రశ్నకు భౌతిక శాస్త్రవేత్తల సమాధానం “లేదు”

సూపర్‌పొజిషన్ వంటి క్వాంటం దృగ్విషయాలు ఆ దృగ్విషయాలను చుట్టుపక్కల పర్యావరణం నుండి వేరుచేయడంపై ఆధారపడతాయి, ముఖ్యంగా వాతావరణంలో వేడి కణాలను అమర్చుతుంది, హైపర్‌-సున్నితమైన క్వాంటం హౌస్ ఆఫ్ సూపర్‌పొజిషన్ కార్డులను కలవరపెడుతుంది మరియు ఒక నిర్దిష్ట కణాన్ని పాయింట్ ఎ లేదా పాయింట్ బి , కానీ రెండూ ఒకే సమయంలో ఉండవు.

అందువల్ల, శాస్త్రవేత్తలు క్వాంటం దృగ్విషయాన్ని అధ్యయనం చేసినప్పుడు వారు చుట్టుపక్కల వాతావరణం నుండి వారు అధ్యయనం చేస్తున్న పదార్థాన్ని వేరుచేయడానికి చాలా ఎక్కువ దూరం వెళతారు, సాధారణంగా వారి ప్రయోగాలలో ఉష్ణోగ్రతను దాదాపు సంపూర్ణ సున్నాకి తగ్గించడం ద్వారా.

క్వాంటం సూపర్‌పొజిషన్‌పై ఆధారపడే కొన్ని జీవ ప్రక్రియలు సాధారణ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సంభవిస్తాయని మొక్కల శరీరధర్మ ప్రపంచం నుండి ఆధారాలు పెరుగుతున్నాయి, క్వాంటం మెకానిక్స్ యొక్క అనూహ్యమైన వింత ప్రపంచం వాస్తవానికి మన వంటి ఇతర జీవసంబంధ వ్యవస్థల యొక్క ప్రతిరోజూ పనిలోకి ప్రవేశించే అవకాశాన్ని పెంచుతుంది. నాడీ వ్యవస్థలు.

ఉదాహరణకు, మే 2018 లో భౌతిక శాస్త్రవేత్త థామస్ లా కోర్ జాన్సెన్‌తో సహా గ్రోనింగెన్ విశ్వవిద్యాలయంలోని ఒక పరిశోధనా బృందం మొక్కలు మరియు కొన్ని కిరణజన్య సంయోగక్రియ బ్యాక్టీరియా సూర్యరశ్మిని ఉపయోగపడే శక్తిగా మార్చే దాదాపు 100% సామర్థ్యాన్ని సాధిస్తుందని రుజువు చేసింది, సౌరశక్తిని పీల్చుకోవడం వల్ల కొన్ని ఎలక్ట్రాన్లు కారణమవుతాయి కాంతి-సంగ్రహించే అణువులు మొక్క లోపల చాలా దూరం వరకు విస్తరించి ఉన్న ఉత్తేజిత మరియు ఉత్తేజిత కాని క్వాంటం స్థితులలో ఒకేసారి ఉనికిలో ఉన్నాయి, కాంతి-ఉత్తేజిత ఎలక్ట్రాన్లు అణువుల నుండి అత్యంత సమర్థవంతమైన మార్గాన్ని కనుగొనటానికి వీలు కల్పిస్తాయి, ఇక్కడ కాంతి సంగ్రహించబడే అణువుల నుండి వినియోగించే శక్తి మొక్క సృష్టించబడుతుంది.

పరిణామం, అత్యంత శక్తి-సమర్థవంతమైన జీవిత రూపాలను రూపొందించడానికి దాని కనికరంలేని అన్వేషణలో, జీవశాస్త్రం యొక్క వెచ్చని, తడి వాతావరణంలో ఉపయోగకరమైన క్వాంటం ప్రభావాలు జరగలేవని భౌతిక శాస్త్రవేత్తల నమ్మకాన్ని విస్మరించినట్లు కనిపిస్తుంది.

మొక్కల జీవశాస్త్రంలో క్వాంటం ప్రభావాల ఆవిష్కరణ క్వాంటం బయాలజీ అని పిలువబడే పూర్తిగా కొత్త విజ్ఞాన రంగానికి దారితీసింది. గత కొన్ని సంవత్సరాల్లో, క్వాంటం జీవశాస్త్రవేత్తలు కొన్ని పక్షుల దృష్టిలో అయస్కాంత క్షేత్ర అవగాహనలో క్వాంటం యాంత్రిక లక్షణాల యొక్క ఆధారాలను కనుగొన్నారు (పక్షులు వలస సమయంలో నావిగేట్ చెయ్యడానికి వీలు కల్పిస్తాయి), మరియు మానవులలో వాసన గ్రాహకాల క్రియాశీలత. మానవ రెటీనాలోని ఫోటోరిసెప్టర్లు ఒకే క్వాంటా కాంతి శక్తిని సంగ్రహించడం నుండి విద్యుత్ సంకేతాలను ఉత్పత్తి చేయగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉన్నాయని విజన్ పరిశోధకులు కనుగొన్నారు.

పరిణామం కూడా మన మెదడులను ఉపయోగించగల శక్తిని ఉత్పత్తి చేయడంలో లేదా సూపర్‌పొజిషన్ మరియు చిక్కు వంటి క్వాంటం ప్రభావాలను ఉపయోగించి న్యూరాన్‌ల మధ్య సమాచారాన్ని ప్రసారం చేయడంలో మరియు నిల్వ చేయడంలో హైపర్-ఎఫెక్టివ్‌గా చేసిందా?

న్యూరో సైంటిస్టులు ఈ అవకాశాన్ని పరిశోధించే ప్రారంభంలోనే ఉన్నారు, కాని నేను క్వాంటం న్యూరోసైన్స్ యొక్క నూతన క్షేత్రం గురించి సంతోషిస్తున్నాను ఎందుకంటే ఇది మెదడుపై మన అవగాహనలో దవడ-పడిపోయే పురోగతికి దారితీస్తుంది.

నేను ఇలా చెప్తున్నాను ఎందుకంటే విజ్ఞాన చరిత్ర మనకు ఎల్లప్పుడూ పెద్ద పురోగతులు ఆలోచనల నుండి వస్తాయని బోధిస్తుంది, ఒక నిర్దిష్ట పురోగతి జరగడానికి ముందు, చాలా విచిత్రంగా అనిపిస్తుంది. స్థలం మరియు సమయం నిజంగా ఒకే విషయం అని ఐన్స్టీన్ కనుగొన్నది (సాధారణ సాపేక్షత) ఒక ఉదాహరణ, మానవులు మరింత ప్రాచీన జీవన రూపాల నుండి ఉద్భవించారని డార్విన్ కనుగొన్నది మరొకటి. వాస్తవానికి, ప్లాంక్, ఐన్‌స్టీన్ మరియు బోర్ మొదటి స్థానంలో క్వాంటం మెకానిక్‌లను కనుగొన్నది మరొకటి.

ఇవన్నీ న్యూరోసైన్స్లో రేపు ఆట మారుతున్న పురోగతి వెనుక ఉన్న ఆలోచనలు, ఈ రోజు చాలా మందికి చాలా అసాధారణమైనవి మరియు అసంభవమైనవిగా కనిపిస్తాయి.

ఇప్పుడు, మెదడులోని క్వాంటం జీవశాస్త్రం విచిత్రమైనదిగా మరియు అసంభవంగా అనిపిస్తున్నందున, న్యూరోసైన్స్లో తదుపరి దిగ్గజం లీపుకు మూలంగా ఉండటానికి స్వయంచాలకంగా అర్హత లేదు. జీవన వ్యవస్థలలో క్వాంటం ప్రభావాలపై లోతైన అవగాహన మన మెదళ్ళు మరియు నాడీ వ్యవస్థల గురించి ముఖ్యమైన కొత్త అంతర్దృష్టులను ఇస్తుందని నాకు తెలుసు, ఇతర కారణాల వల్ల, క్వాంటం దృక్పథాన్ని అవలంబించడం వల్ల న్యూరో సైంటిస్టులు వింతగా మరియు సమాధానాల కోసం వెతకడానికి కారణమవుతారు. అద్భుతమైన ప్రదేశాలు వారు ఇంతకు ముందెన్నడూ పరిశోధించలేదని భావించారు.

పరిశోధకులు ఆ వింత మరియు అద్భుతమైన దృగ్విషయాలను పరిశీలిస్తే, ఆ దృగ్విషయాలు, కణ భౌతిక శాస్త్రంలో వారి బంధువుల వలె, వాటిని తిరిగి చూడవచ్చు!