人間の脳で量子計算? リン原子核スピンが生化学キュービットとして機能する可能性
UCサンタバーバラ主導の国際研究チームが、人間の脳における量子計算の可能性を探る「量子脳プロジェクト」を開始。理論物理学者マシュー・フィッシャー氏によると、我々は自分の脳で量子処理を行っている可能性があります。3年間で120万ドル助成。脳機能理解促進と新規精神治療法開発につながる可能性。量子もつれ、生化学触媒、生体材料、気分障害等分野への貢献も期待。
脳内量子計算の鍵:核スピンとポスナー分子
量子計算は原子・イオンの振る舞い(重ね合わせ状態)に依存。古典ビットでなくキュービット(0、1、両方同時)で情報エンコード・保存・伝送。量子コンピューターでは極低温・高度隔離環境でキュービット維持。一方脳は温かく、熱運動で量子効果発現に不向きとされてきました。
しかしフィッシャー氏は、原子核の核スピン(電子でなく核)が特別な隔離環境を提供し、量子データを数時間(以上)保存可能と指摘。体内元素1%のリン原子が必要な核スピンを持ち「生化学キュービット」となり得ます。現在、リン原子同士が結合して分子形成時の2核スピンもつれを観測中。
多機関連携で多角的アプローチ
- NYU:球状ポスナー分子ナノクラスタの核スピン動力学研究。生化学キュービットの核スピン保護能、ポスナー分子解離・対結合による非局所量子データ処理可能性検証
- ミュンヘン工科大:ミトコンドリアの量子結合・もつれにおける役割調査。二重膜小器官が管状ネットワークでニューロン間ポスナー分子輸送可能か。ミトコンドリア融合・分裂で細胞間・細胞内非局所量子もつれ確立? ポスナー分子解離でカルシウム放出→神経伝達物質放出・シナプス発火→量子結合ニューロンネットワーク形成?
ポスナー分子の量子特性
真空中安定、S6対称性。計算振動スペクトルが分光指紋となり実験検出支援。不純物陽イオンが中心カルシウム置換→骨成長とリンスピン特性指標。環境デコヒーレンスから保護された核スピン有望候補、医療画像・液体NMR量子計算への示唆。擬似スピン量子数でポスナー分子にコヒーレント量子データエンコード可能、回転自由度と核スピンもつれ技術が生化学キュービットとしての役割の中核。
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