എന്തുകൊണ്ടാണ് നിങ്ങൾ ക്വാണ്ടം ന്യൂറോ സയൻസ് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടത്

നിങ്ങൾ കേട്ടിട്ടില്ലെങ്കിൽ, ക്വാണ്ടം സയൻസ് ഇപ്പോൾ വെളുത്ത ചൂടാണ്, സങ്കൽപ്പിക്കാനാവാത്ത ശക്തമായ ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ, അത്യുത്പാദനക്ഷമതയുള്ള ക്വാണ്ടം ആശയവിനിമയം, ക്വാണ്ടം എൻക്രിപ്ഷനിലൂടെ അഭേദ്യമായ സൈബർ സുരക്ഷ എന്നിവയെക്കുറിച്ചുള്ള ആവേശകരമായ സംസാരം.

എന്തുകൊണ്ടാണ് എല്ലാ പ്രചോദനങ്ങളും?

ലളിതമായി പറഞ്ഞാൽ, ദൈനംദിന ശാസ്ത്രത്തിലൂടെ നമുക്ക് പരിചിതമായ കുഞ്ഞ് ചുവടുകൾക്ക് പകരം ഭീമമായ കുതിച്ചുചാട്ടമാണ് ക്വാണ്ടം ശാസ്ത്രം വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നത്. ഉദാഹരണത്തിന്, ദൈനംദിന ശാസ്ത്രം ഓരോ 2-3 വർഷത്തിലും വൈദ്യുതി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്ന പുതിയ കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ നൽകുന്നു, അതേസമയം ക്വാണ്ടം ശാസ്ത്രം നിരവധി കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു ദശലക്ഷക്കണക്കിന് തവണ ഇന്ന് ലഭ്യമായ ഏറ്റവും പേശീ കംപ്യൂട്ടറിനേക്കാൾ കൂടുതൽ ശക്തി.

മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ക്വാണ്ടം സയൻസ്, വിജയിച്ചാൽ, ഇൻറർനെറ്റിനേക്കാളും സ്മാർട്ട്‌ഫോണുകളേക്കാളും ആഴത്തിലുള്ള വഴികളിൽ നമുക്ക് അറിയാവുന്നതുപോലെ ലോകത്തെ പുനർനിർമ്മിക്കുന്ന സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ ഒരു ഭൂകമ്പ മാറ്റം സൃഷ്ടിക്കും.

ക്വാണ്ടം ശാസ്ത്രത്തിന്റെ ആശ്വാസകരമായ സാധ്യതകളെല്ലാം ഒരു ലളിതമായ സത്യത്തിൽ നിന്നാണ് ഉയർന്നുവരുന്നത്: ക്വാണ്ടം പ്രതിഭാസങ്ങൾ "ക്ലാസിക്കൽ" (സാധാരണ) പ്രതിഭാസങ്ങൾക്ക് എന്ത് നേടാനാകുമെന്ന് പരിമിതപ്പെടുത്തുന്ന നിയമങ്ങളെ പൂർണ്ണമായും ലംഘിക്കുന്നു.

ക്വാണ്ടം സയൻസ് അസാധ്യമായിരുന്നതിനെ പെട്ടെന്ന് സാധ്യമാക്കുന്ന രണ്ട് ഉദാഹരണങ്ങൾ, ക്വാണ്ടം സൂപ്പർപോസിഷനും ക്വാണ്ടം എന്റാംഗിൾമെന്റുമാണ്.

നമുക്ക് ആദ്യം ക്വാണ്ടം സൂപ്പർപോസിഷൻ കൈകാര്യം ചെയ്യാം.

സാധാരണ ലോകത്ത്, ഒരു ബേസ്ബോൾ പോലുള്ള ഒരു വസ്തു ഒരു സമയത്ത് ഒരു സ്ഥലത്ത് മാത്രമേ ഉണ്ടാകൂ. എന്നാൽ ക്വാണ്ടം ലോകത്ത്, ഒരു ഇലക്ട്രോൺ പോലുള്ള ഒരു കണത്തിന് അനന്തമായ നിരവധി സ്ഥലങ്ങൾ ഉൾക്കൊള്ളാൻ കഴിയും അതേസമയത്ത്, ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞർ ഒന്നിലധികം സംസ്ഥാനങ്ങളുടെ സൂപ്പർപോസിഷൻ എന്ന് വിളിക്കുന്നതിൽ നിലനിൽക്കുന്നു. അതിനാൽ, ക്വാണ്ടം ലോകത്ത്, ഒരു കാര്യം ചിലപ്പോൾ പലതരം കാര്യങ്ങൾ പോലെ പെരുമാറുന്നു.

ഇപ്പോൾ നമുക്ക് ബേസ്ബോൾ സാദൃശ്യം കുറച്ചുകൂടി വിപുലീകരിച്ചുകൊണ്ട് ക്വാണ്ടം കെണി പരിശോധിക്കാം. സാധാരണ ലോകത്ത്, ലോസ് ഏഞ്ചൽസിലെയും ബോസ്റ്റണിലെയും പ്രധാന ലീഗ് സ്റ്റേഡിയങ്ങളിൽ ഇരുണ്ട ലോക്കറുകളിൽ ഇരിക്കുന്ന രണ്ട് ബേസ്ബോളുകൾ പരസ്പരം പൂർണ്ണമായും സ്വതന്ത്രമാണ്, അതായത് നിങ്ങൾ ഒരു ബേസ്ബോൾ നോക്കാൻ സ്റ്റോറേജ് ലോക്കറുകളിലൊന്ന് തുറന്നാൽ, മറ്റ് ബേസ്ബോളിന് ഒന്നും സംഭവിക്കില്ല 3,000 മൈൽ അകലെയുള്ള ഒരു ഇരുണ്ട സംഭരണ ​​ലോക്കറിൽ. എന്നാൽ ക്വാണ്ടം ലോകത്ത് ഫോട്ടോണുകൾ പോലുള്ള രണ്ട് വ്യക്തിഗത കണങ്ങൾ കഴിയും ഒരു ഫോട്ടോൺ ഒരു ഡിറ്റക്ടർ ഉപയോഗിച്ച് സംവേദനം ചെയ്യുന്നതിലൂടെ, ഒരു പ്രത്യേക അവസ്ഥ കൈവരിക്കാൻ എത്ര അകലെയാണെങ്കിലും മറ്റൊരു ഫോട്ടോണിനെ തൽക്ഷണം പ്രേരിപ്പിക്കുന്ന തരത്തിൽ കുടുങ്ങുക.

ക്വാണ്ടം പ്രപഞ്ചത്തിൽ, ഒന്നിലധികം വ്യതിരിക്തമായ എന്റിറ്റികൾ ചിലപ്പോൾ വ്യത്യസ്തമായ എന്റിറ്റികൾ എത്ര അകലെയാണെങ്കിലും ഒരൊറ്റ എന്റിറ്റിയായി പെരുമാറാൻ കഴിയും എന്നാണ് അത്തരം സങ്കോചം അർത്ഥമാക്കുന്നത്.

ഇത് ഒരു ബേസ്ബോളിന്റെ അവസ്ഥ മാറ്റുന്നതിന് തുല്യമാണ് - പറയുക, ഒരു സ്റ്റോറേജ് ലോക്കറിന്റെ മുകളിലെയും താഴെയുമുള്ള ഷെൽഫിൽ നിർബന്ധിതമാക്കുക - 3,000 മൈൽ അകലെ ഒരു സ്റ്റോറേജ് ലോക്കർ തുറന്ന് പൂർണ്ണമായും നോക്കുക വ്യത്യസ്ത ബേസ്ബോൾ.

ഈ "അസാധ്യമായ" പെരുമാറ്റങ്ങൾ, ഉദാഹരണത്തിന്, കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് അസാധ്യമായത് ചെയ്യാൻ ക്വാണ്ടം എന്റിറ്റികളെ അനുയോജ്യമാക്കുന്നു. സാധാരണ കമ്പ്യൂട്ടറുകളിൽ സംഭരിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു ബിറ്റ് വിവരങ്ങൾ പൂജ്യമോ ഒന്നോ ആണ്, എന്നാൽ ഒരു ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറിൽ ഒരു ക്യുബിറ്റ് (ക്വാണ്ടം ബിറ്റ്) എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന ഒരു ബിറ്റ് ഒരേ സമയം പൂജ്യവും ഒന്നും ആണ്. അങ്ങനെ, 8 ബിറ്റുകളുടെ ലളിതമായ മെമ്മറി സ്റ്റോറിൽ 0 മുതൽ 255 വരെ (2^8 = 256) ഏതെങ്കിലും വ്യക്തിഗത നമ്പർ അടങ്ങിയിരിക്കാം പ്രത്യേക സംഖ്യകൾ എല്ലാം ഒരു പ്രാവശ്യം! ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ പ്രോസസ്സിംഗ് പവറിൽ ഒരു ക്വാണ്ടം കുതിപ്പ് വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നത് എന്തുകൊണ്ടാണ് കൂടുതൽ വിവരങ്ങൾ കൂടുതൽ സംഭരിക്കാനുള്ള കഴിവ്.

മുകളിലുള്ള ഉദാഹരണത്തിൽ, ഒരു ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറിലെ 8 ബിറ്റ് മെമ്മറി 0 മുതൽ 255 വരെയുള്ള 256 നമ്പറുകൾ ഒരേ സമയം സംഭരിക്കുന്നു, ഒരു സാധാരണ കമ്പ്യൂട്ടറിൽ 8 ബിറ്റ് മെമ്മറി ഒരു സമയം 0 നും 255 നും ഇടയിൽ ഒരു നമ്പർ മാത്രമേ സംഭരിക്കുകയുള്ളൂ. ഇപ്പോൾ നമ്മുടെ ആദ്യത്തെ മെമ്മറിയേക്കാൾ 3 മടങ്ങ് കൂടുതൽ ക്യൂബിറ്റുകളുള്ള 24 ബിറ്റ് ക്വാണ്ടം മെമ്മറി (2^24 = 16,777,216) സങ്കൽപ്പിക്കുക: ഇതിന് ഒരു വലിയ സംഭരണം നടത്താൻ കഴിയും ഒരേസമയം 16,777,216 വ്യത്യസ്ത നമ്പറുകൾ!

ഇത് ക്വാണ്ടം സയൻസ്, ന്യൂറോബയോളജി എന്നിവയുടെ കവലയിലേക്ക് നമ്മെ എത്തിക്കുന്നു. ഇന്ന് ലഭ്യമായ ഏതൊരു കമ്പ്യൂട്ടറിനേക്കാളും വളരെ ശക്തമായ പ്രോസസ്സറാണ് മനുഷ്യ മസ്തിഷ്കം: ക്വാണ്ടം കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ ചെയ്യുന്നതുപോലെ ക്വാണ്ടം വിചിത്രത പ്രയോജനപ്പെടുത്തിക്കൊണ്ട് ഈ ആകർഷണീയമായ ശക്തിയിൽ ചിലത് നേടുന്നുണ്ടോ?

വളരെ അടുത്ത കാലം വരെ, ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ ആ ചോദ്യത്തിനുള്ള ഉത്തരം "ഇല്ല" എന്നായിരുന്നു.

സൂപ്പർപോസിഷൻ പോലുള്ള ക്വാണ്ടം പ്രതിഭാസങ്ങൾ ചുറ്റുമുള്ള പരിതസ്ഥിതിയിൽ നിന്ന് ആ പ്രതിഭാസങ്ങളെ വേർതിരിക്കുന്നതിനെ ആശ്രയിക്കുന്നു, പ്രത്യേകിച്ചും കണികകൾ ചലിക്കുന്ന അന്തരീക്ഷത്തിലെ ചൂട്, സൂപ്പർപോസിഷന്റെ കാർഡുകളുടെ അതിലോലമായ ക്വാണ്ടം ഹൗസിനെ അസ്വസ്ഥമാക്കുകയും ഒരു പ്രത്യേക കണത്തെ A അല്ലെങ്കിൽ പോയിന്റ് ബിയിൽ ഉൾപ്പെടുത്താൻ പ്രേരിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. , എന്നാൽ ഒരിക്കലും രണ്ടും ഒരേ സമയം.

അതിനാൽ, ശാസ്ത്രജ്ഞർ ക്വാണ്ടം പ്രതിഭാസങ്ങൾ പഠിക്കുമ്പോൾ, അവർ പഠിക്കുന്ന മെറ്റീരിയലിനെ ചുറ്റുമുള്ള പരിസ്ഥിതിയിൽ നിന്ന് വേർതിരിച്ചെടുക്കാൻ വളരെ ശ്രമിക്കുന്നു, സാധാരണയായി അവരുടെ പരീക്ഷണങ്ങളിലെ താപനില ഏതാണ്ട് പൂജ്യത്തിലേക്ക് താഴ്ത്തുന്നു.

ക്വാണ്ടം സൂപ്പർപോസിഷനെ ആശ്രയിക്കുന്ന ചില ജൈവ പ്രക്രിയകൾ സാധാരണ atഷ്മാവിൽ സംഭവിക്കുന്നു എന്നതിന്റെ തെളിവുകൾ പ്ലാന്റ് ഫിസിയോളജിയുടെ ലോകത്ത് നിന്ന് ഉയർന്നുവരുന്നു, ഇത് നമ്മുടെ പോലെയുള്ള മറ്റ് ജീവശാസ്ത്ര സംവിധാനങ്ങളുടെ ദൈനംദിന പ്രവർത്തനങ്ങളിലേക്ക് സങ്കൽപ്പിക്കാനാവാത്ത വിചിത്രമായ ലോകം കുത്തിവയ്ക്കാനുള്ള സാധ്യത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. നാഡീവ്യൂഹങ്ങൾ.

ഉദാഹരണത്തിന്, 2018 മെയ് മാസത്തിൽ, ഗ്രോണിംഗൻ യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ ഒരു ഗവേഷക സംഘം, ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ തോമസ് ലാ കോർ ജാൻസൺ, സസ്യങ്ങളും ചില പ്രകാശസംശ്ലേഷണ ബാക്ടീരിയകളും സൗരോർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യുന്നത് ചില ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് കാരണമാകുമെന്ന വസ്തുത ചൂഷണം ചെയ്തുകൊണ്ട് സൂര്യപ്രകാശത്തെ ഉപയോഗയോഗ്യമായ energyർജ്ജമാക്കി മാറ്റുന്നതിനുള്ള 100% കാര്യക്ഷമത കൈവരിക്കുന്നു എന്നതിന് തെളിവുകൾ കണ്ടെത്തി. പ്രകാശം പിടിച്ചെടുക്കുന്ന തന്മാത്രകൾ ഒരേസമയം ആവേശഭരിതവും ആവേശകരമല്ലാത്തതുമായ ക്വാണ്ടം അവസ്ഥകളിൽ നിലകൊള്ളുന്നു. കാരണം പ്ലാന്റ് സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.

പരിണാമം, ഏറ്റവും energyർജ്ജ-കാര്യക്ഷമമായ ജീവജാലങ്ങളെ എഞ്ചിനീയർ ചെയ്യാനുള്ള നിരന്തരമായ അന്വേഷണത്തിൽ, ജീവശാസ്ത്രത്തിന്റെ ,ഷ്മളമായ, ഈർപ്പമുള്ള അന്തരീക്ഷത്തിൽ ഉപയോഗപ്രദമായ ക്വാണ്ടം ഇഫക്റ്റുകൾ സംഭവിക്കില്ലെന്ന ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ വിശ്വാസം അവഗണിച്ചതായി തോന്നുന്നു.

പ്ലാന്റ് ബയോളജിയിലെ ക്വാണ്ടം ഇഫക്റ്റുകളുടെ കണ്ടുപിടിത്തം ക്വാണ്ടം ബയോളജി എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന ഒരു പുതിയ ശാസ്ത്രമേഖലയ്ക്ക് കാരണമായി. കഴിഞ്ഞ കുറച്ച് വർഷങ്ങളായി, ചില പക്ഷികളുടെ കണ്ണുകളിൽ കാന്തികക്ഷേത്ര ധാരണയിലും (ദേശാടന സമയത്ത് പക്ഷികളെ നാവിഗേറ്റ് ചെയ്യാൻ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു), മനുഷ്യരിൽ വാസന റിസപ്റ്ററുകൾ സജീവമാക്കുന്നതിലും ക്വാണ്ടം ബയോളജിസ്റ്റുകൾ ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്. മനുഷ്യന്റെ റെറ്റിനയിലെ ഫോട്ടോറിസപ്റ്ററുകൾക്ക് ഒരൊറ്റ ക്വാണ്ടാ പ്രകാശ .ർജ്ജം പിടിച്ചെടുക്കുന്നതിൽ നിന്ന് വൈദ്യുത സിഗ്നലുകൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് വിഷൻ ഗവേഷകർ കണ്ടെത്തി.

പരിണാമം നമ്മുടെ തലച്ചോറിനെ ഉപയോഗയോഗ്യമായ energyർജ്ജം ഉൽപാദിപ്പിക്കുന്നതിലും അല്ലെങ്കിൽ ന്യൂറോണുകൾക്കിടയിൽ വിവരങ്ങൾ കൈമാറുന്നതിലും സൂക്ഷിക്കുന്നതിലും സൂപ്പർ പൊസിഷനും കുടുങ്ങലും പോലുള്ള ഹൈപ്പർ-കാര്യക്ഷമമാക്കിയോ?

ന്യൂറോ സയന്റിസ്റ്റുകൾ ഈ സാധ്യതയെക്കുറിച്ച് അന്വേഷിക്കുന്നതിന്റെ തുടക്കത്തിലാണ്, പക്ഷേ തലച്ചോറിനെക്കുറിച്ചുള്ള നമ്മുടെ ധാരണയിൽ താടിയെല്ലുകൾ വീഴ്ത്തുന്ന മുന്നേറ്റങ്ങൾക്ക് കാരണമായേക്കാവുന്നതിനാൽ ക്വാണ്ടം ന്യൂറോ സയൻസിന്റെ പുതിയ മേഖലയെക്കുറിച്ച് ഞാൻ ആവേശഭരിതനാണ്.

ഞാൻ ഇത് പറയുന്നത് കാരണം ശാസ്ത്രത്തിന്റെ ചരിത്രം നമ്മെ പഠിപ്പിക്കുന്നത് ഏറ്റവും വലിയ മുന്നേറ്റങ്ങൾ എല്ലായ്പ്പോഴും ഒരു പ്രത്യേക മുന്നേറ്റം സംഭവിക്കുന്നതിന് മുമ്പ്, അവിശ്വസനീയമാംവിധം വിചിത്രമായി തോന്നുന്ന ആശയങ്ങളിൽ നിന്നാണ്. സ്ഥലവും സമയവും യഥാർത്ഥത്തിൽ ഒന്നുതന്നെയാണെന്ന ഐൻസ്റ്റീന്റെ കണ്ടെത്തൽ (പൊതുവായ ആപേക്ഷികത) ഒരു ഉദാഹരണമാണ്, മനുഷ്യർ കൂടുതൽ പ്രാകൃതമായ ജീവരൂപങ്ങളിൽ നിന്ന് പരിണമിച്ചുവെന്ന ഡാർവിന്റെ കണ്ടെത്തൽ മറ്റൊന്നാണ്. തീർച്ചയായും, പ്ലാങ്ക്, ഐൻസ്റ്റീൻ, ബോർ എന്നിവരുടെ ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സ് ആദ്യം കണ്ടെത്തിയത് മറ്റൊന്നാണ്.

ഇവയെല്ലാം ശക്തമായി സൂചിപ്പിക്കുന്നത് നാളത്തെ കളി മാറുന്നതിനു പിന്നിലെ ആശയങ്ങൾ ന്യൂറോ സയൻസിൽ പുരോഗമിക്കുന്നു, ഇന്ന് മിക്ക ആളുകൾക്കും അത് വളരെ അസാധാരണവും അസംഭവ്യവുമാണെന്ന് തോന്നുന്നു.

ഇപ്പോൾ, തലച്ചോറിലെ ക്വാണ്ടം ബയോളജി വിചിത്രവും അസംഭവ്യവുമാണെന്ന് തോന്നുന്നതിനാൽ, അത് ന്യൂറോ സയൻസിലെ അടുത്ത വലിയ കുതിപ്പിന്റെ ഉറവിടമായി യാന്ത്രികമായി യോഗ്യത നേടുന്നില്ല. പക്ഷേ, ജീവനുള്ള സംവിധാനങ്ങളിലെ ക്വാണ്ടം ഇഫക്റ്റുകളെക്കുറിച്ച് ആഴത്തിലുള്ള ധാരണ നമ്മുടെ തലച്ചോറിനെയും നാഡീവ്യവസ്ഥയെയും കുറിച്ചുള്ള സുപ്രധാനമായ പുതിയ ഉൾക്കാഴ്ചകൾ നൽകും, മറ്റൊരു കാരണവുമില്ലാതെ, ഒരു ക്വാണ്ടം വീക്ഷണം സ്വീകരിക്കുന്നത് ന്യൂറോ ശാസ്ത്രജ്ഞർക്ക് വിചിത്രമായ ഉത്തരങ്ങൾ തേടാൻ ഇടയാക്കും അത്ഭുതകരമായ സ്ഥലങ്ങൾ അവർ മുമ്പ് അന്വേഷിക്കാൻ പരിഗണിച്ചിട്ടില്ല.

അന്വേഷകർ വിചിത്രവും അത്ഭുതകരവുമായ ആ പ്രതിഭാസങ്ങൾ പരിശോധിക്കുമ്പോൾ, ആ പ്രതിഭാസങ്ങൾ, കണികാ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ അവരുടെ ബന്ധുക്കളെപ്പോലെ, അവരെ തിരിഞ്ഞുനോക്കും!