Menjelajahi Komputasi Kuantum di Otak Manusia

• Atom fosfor dalam tubuh kita memiliki putaran nuklir yang diperlukan yang dapat bertindak sebagai qubit biokimia.
• Para ilmuwan sedang mempelajari putaran nuklir dan dinamika lain dari kelompok nano molekul Posner berbentuk bola, yang mungkin berperan sebagai qubit saraf.

Sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh UC Santa Barbara akan mempelajari potensi otak manusia untuk komputasi kuantum. Menurut Matthew Fisher, ahli fisika teoretis di UCSB, ada kemungkinan kita melakukan pemrosesan kuantum di otak kita sendiri.

Konsep komputasi kuantum di otak manusia bukanlah hal baru. Para ilmuwan telah mempelajari hal ini selama beberapa waktu sekarang. Fisher telah menemukan sesuatu yang luar biasa – serangkaian kunci biologis unik yang dapat menggunakan komputasi kuantum di otak kita.

Sejauh ini, Anda hanya pernah mendengar tentang komputasi kuantum berdasarkan pembekuan atom dan ion, cacat pada berlian, dan sambungan superkonduktor. Namun, penelitian ini (Proyek Otak Kuantum) akan mencari data eksperimen yang dapat menjawab beberapa pertanyaan aneh seperti ‘apakah kita komputer kuantum’?

Proyek ini telah diberikan total $1,2 juta selama 3 tahun. Penelitian ini mungkin membantu kita lebih memahami cara kerja otak kita, yang dapat mengarah pada prosedur perawatan mental yang baru.

Terlepas dari apakah otak kita melakukan komputasi kuantum atau tidak, penelitian ini akan memberikan kemajuan yang signifikan dalam bidang kimia solusi keterjeratan kuantum, katalisis biokimia, biomaterial, dan gangguan suasana hati manusia.

Komputasi Kuantum

Seperti disebutkan di atas, komputasi kuantum hanya bergantung pada perilaku atom dan ion, yang dapat berada dalam superposisi. Alih-alih merepresentasikan bit, partikel tersebut merepresentasikan qubit yang dapat bernilai 1, atau 0, atau keduanya secara bersamaan.

Seperti bit digital dalam komputasi tradisional, sekumpulan qubit dapat membuat jaringan untuk pengkodean, penyimpanan, dan transmisi informasi. Dalam komputer kuantum, qubit dibuat dan dipelihara pada suhu yang sangat rendah, dalam lingkungan yang sangat terisolasi dan terkendali.

Di sisi lain, suhu otak manusia hangat dan tentunya bukan lingkungan yang sempurna untuk menunjukkan efek kuantum karena gerakan termal atom dan molekul.

Pemrosesan Kuantum di Otak Manusia

Menurut Fisher, putaran nuklir (di inti atom, bukan di elektron di dekatnya) memberikan sesuatu yang tidak biasa – sesuatu yang belum pernah dipelajari sejauh ini.

Putaran nuklir, yang terisolasi dengan baik, dapat menyimpan data kuantum selama berjam-jam (atau mungkin lebih lama). Atom fosfor (1% dari unsur-unsur tubuh kita) memiliki putaran inti yang diperlukan yang dapat bertindak sebagai qubit biokimia .

Kredit gambar:Peter Allen / UC Santa Barbara

Saat ini, tim peneliti sedang memantau sifat kuantum fosfor. Secara khusus, mereka mencari belitan antara dua putaran inti atom fosfor ketika terikat satu sama lain untuk membentuk sebuah molekul.

Sumber: Publikasi RSC | doi:10.1039/C7CP07720C | UC Santa Barbara

Sementara itu, tim peneliti di New York University sedang mempelajari putaran nuklir dan dinamika lain dari molekul Posner berbentuk bola nano-cluster. Dalam proyek ini, mereka akan mencoba mencari tahu apakah molekul-molekul ini cukup mampu melindungi putaran nuklir qubit biokimia. Selain itu, mereka juga akan fokus pada disosiasi dan pengikatan pasangan molekul Posner, yang memungkinkan pemrosesan data kuantum non-lokal.

Tim peneliti lain dari Technical University of Munich akan menyelidiki peran mitokondria dalam penggandengan dan keterjeratan kuantum. Tujuannya adalah untuk mengetahui apakah organel bermembran ganda ini, yang bertanggung jawab atas sinyal dan metabolisme sel, dapat menggunakan jaringan tubularnya untuk mentransfer molekul Posner antar neuron.

Fusi dan fisi mitokondria dapat membentuk keterikatan kuantum antar dan intraseluler non-lokal. Disosiasi lebih lanjut dari molekul Posner dapat melepaskan kalsium, mengaktifkan pelepasan neurotransmitter dan penembakan sinaptik, yang tidak lain hanyalah jaringan neuron berpasangan kuantum.

Detail Teknis

Sejauh ini, para peneliti telah menyelidiki struktur molekul Posner dan sidik jari spektroskopinya. Mereka stabil dalam ruang hampa dan memiliki simetri S6. Spektrum getaran yang dihitung dapat berfungsi sebagai sidik jari spektroskopi, membantu deteksi eksperimental molekul Posner.

Kation pengotor dapat menggantikan kalsium sentral, yang menunjukkan pertumbuhan tulang dan sifat putaran fosfor. Tim telah menunjukkan bahwa molekul Posner adalah kandidat yang menjanjikan untuk perlindungan putaran nuklir (dari dekoherensi lingkungan), dengan implikasi potensial dalam pencitraan medis dan komputasi kuantum NMR keadaan cair.

Baca: Ilmuwan Membuat Sinapsis Buatan Untuk Menempatkan Otak Pada Sebuah Chip

Mereka telah menemukan bilangan kuantum pseudospin yang dapat menyandikan data kuantum koheren dalam molekul Posner dan mungkin menyediakan teknik untuk mengaitkan derajat kebebasan rotasi (molekul Posner) dengan putaran nuklirnya. Teknik ini sangat penting dalam peran molekul Posner sebagai qubit biokimia dalam konsep otak kuantum.