Apakah Biocomputing Quantum ada di depan kita?

Sekarang kita tahu tentang alat bio / molekuler yang memungkinkan organisme hidup untuk berurusan dengan perhitungan kuantum, misalnya protein mewah yang memungkinkan burung menangani koherensi kuantum (mis . Jarum kuantum kompas magnetik burung atau Lokalisasi Kerucut Ganda dan Pola Ekspresi Musiman Menyarankan Peran dalam Magnetoreception untuk Robin Cryptochrome Eropa 4 ) Saya ingin tahu:

• Apakah alat ini sudah menyelesaikan masalah yang Anda (peneliti komputasi kuantum) miliki?
• Apakah ada masalah khusus yang harus diselesaikan oleh alat-alat ini yang entah bagaimana Anda hadapi di lab Anda?
• Bisakah kita menggunakannya (meskipun ini akan menyiratkan pergeseran paradigma menuju bioteknologi)?

"Apakah Quantum Biocomputing ada di depan kita?"

Ada beberapa pekerjaan yang dilakukan pada biocomputing , komputasi kuantum , kimia putaran , dan reaksi magnetokimia .

Pasangan radikal berkorelasi - pasangan radikal transien yang dibuat secara bersamaan, sehingga 2 elektron berputar, satu pada masing-masing radikal, berkorelasi - pada protein reseptor magnetoreseptif fotoaktif seperti Cryptochromes bukan merupakan perhitungan kuantum.

Lihat: " magnetoreception tergantung cahaya pada burung: analisis perilaku di bawah lampu merah setelah pra-paparan lampu merah " oleh W. Wiltschko, Gesson, Noll, dan R. Wiltschko dalam Journal of Experimental Biology, 2004.

Lihat artikel " Magnetoreception hewan berbasis visi " di situs web QuantBioLab, kelompok riset Biologi Quantum dan Fisika Komputasi, University of Southern Denmark (SDU):

Gambar 6. Yang ditunjukkan di sini adalah deskripsi semi-klasik dari efek medan magnet pada pasangan radikal antara FADH dan triptofan dalam cryptochrome. Elektron yang tidak berpasangan berputar (S dan S ) berpresisi tentang medan magnet lokal yang dihasilkan oleh penambahan medan magnet eksternal dengan kontribusi I dan I$_1$$_2$$B$$_1$$_2$dari nuklir berputar pada dua radikal. Presesi putaran terus menerus mengubah orientasi putaran relatif, menyebabkan singlet (anti-paralel) menjadi triplet (paralel) interkonversi yang mendasari efek medan magnet. Transfer kembali elektron dari triptofan ke FADH memadamkan keadaan aktif cryptochrome. Namun, transfer balik ini hanya dapat terjadi ketika elektron berputar dalam keadaan singlet, dan ketergantungan spin ini memungkinkan medan magnet eksternal, , untuk mempengaruhi aktivasi cryptochrome.$B$

Gambar 7. Ilustrasi skematik mata burung dan komponen-komponen pentingnya. Retina (a) mengubah gambar dari sistem optik mata menjadi sinyal listrik yang dikirim sepanjang sel ganglion yang membentuk saraf optik ke otak. (B) Segmen retina yang diperbesar ditampilkan secara skematis. (c) Retina terdiri dari beberapa lapisan sel. Sinyal-sinyal primer yang timbul pada ruas-ruas luar batang dan kerucut diteruskan ke horizontal, bipolar, amacrine, dan sel-sel ganglion. (d) Sinyal fototransduksi primer dihasilkan dalam reseptor protein rhodopsin yang ditunjukkan secara skematis pada kepadatan yang jauh berkurang. The rhodopsin yang mengandung membran membentuk disk dengan ketebalan ~ 20 nm, yang ~ 15-20 nm terpisah satu sama lain.

Dalam istilah matematika, kompas berbasis penglihatan pada burung dicirikan oleh fungsi filter, yang memodelkan modulasi sinyal visual yang dimediasi medan magnet yang direkam pada retina burung (lihat Gambar 8).

Gambar 8. Tampilan panorama di Frankfurt am Main, Jerman. Gambar menunjukkan perspektif lanskap yang direkam dari ketinggian terbang burung 200 m di atas tanah dengan arah mata angin ditunjukkan. Bidang visual dimodifikasi melalui fungsi filter magnetik; polanya diperlihatkan untuk seekor burung yang melihat delapan arah mata angin (N, NE, E, SE, S, SW, W, dan NW). Sudut kemiringan medan geomagnetik adalah 66 °, menjadi nilai karakteristik untuk wilayah tersebut.

Komputer bio mekanis telah dibuat. Bio4Comp, sebuah proyek penelitian yang didanai oleh Uni Eropa, telah menciptakan mesin biomolekul yang masing-masing berukuran hanya beberapa miliar meter (nanometer). Sistem motilitas aktin-myosin dan mikrotubulus-kinesin dapat memecahkan masalah dengan bergerak melalui jaringan saluran nanofabrikasi yang dirancang untuk mewakili algoritma matematika; sebuah pendekatan yang kami sebut "biokomputasi berbasis jaringan". Setiap kali biomolekul mencapai persimpangan dalam jaringan, mereka menambahkan nomor ke jumlah yang mereka hitung atau meninggalkannya. Dengan begitu, setiap biomolekul bertindak sebagai komputer kecil dengan prosesor dan memori. Sementara biomolekul individu jauh lebih lambat daripada komputer saat ini, mereka merakit diri sendiri sehingga mereka dapat digunakan dalam jumlah besar, dengan cepat menambah daya komputasi mereka. Contoh cara kerjanya ditampilkan di video di situs web mereka.

• Apakah alat ini sudah menyelesaikan masalah yang Anda (peneliti komputasi kuantum) miliki?

• Apakah ada masalah khusus yang harus diselesaikan oleh alat-alat ini yang entah bagaimana Anda hadapi di lab Anda?

• Bisakah kita menggunakannya (meskipun ini akan menyiratkan pergeseran paradigma menuju bioteknologi)?

"Langkah pertama dalam memecahkan masalah matematika dengan biokomputasi berbasis jaringan adalah menyandikan masalah ke dalam format jaringan sehingga motor molekuler yang menjelajahi jaringan dapat memecahkan masalah. Kami telah menemukan pengkodean jaringan untuk beberapa masalah lengkap NP, yang sangat sulit untuk menyelesaikannya dengan komputer elektronik, sebagai contoh, kami telah mengkodekan jumlah subset, tutup yang tepat, kepuasan boolean dan penjual keliling .

Dalam proyek Bio4Comp, kami akan fokus pada mengoptimalkan pengkodean ini sehingga dapat diselesaikan secara efisien dengan agen biologis dan lebih mudah ditingkatkan. Analog dengan algoritma komputer yang dioptimalkan, jaringan yang dioptimalkan dapat sangat mengurangi daya komputasi (dan dengan demikian jumlah protein motor) yang diperlukan untuk menemukan solusi yang tepat. "- Sumber: Riset Bio4Comp .

Makalah lain yang menarik yang mendukung jawaban saya bahwa pasangan radikal bukan merupakan komputer kuantum, tetapi hanyalah reaksi biokimia kuantum yang menunjukkan kimia spin, adalah " Quantum probe dan desain untuk kompas kimia dengan struktur nano magnetik " oleh Jianming Cai (2018).

Pengantar. - Baru-baru ini, ada minat yang meningkat dalam biologi kuantum yaitu menyelidiki efek kuantum dalam sistem kimia dan biologi, misalnya, sistem pemanenan cahaya, kompas burung dan indra penciuman. Motivasi utama adalah untuk memahami bagaimana koherensi kuantum (keterikatan) dapat dieksploitasi untuk pemenuhan fungsi biologis. Sebagai langkah kunci menuju tujuan ini, diinginkan untuk menemukan alat yang dapat mendeteksi efek kuantum dalam kondisi sekitar. Tujuan akhir dari minat praktis dalam mempelajari biologi kuantum adalah belajar dari alam dan merancang perangkat yang sangat efisien yang dapat meniru sistem biologis untuk menyelesaikan tugas-tugas penting, misalnya mengumpulkan energi matahari dan mendeteksi medan magnet yang lemah.

Sebagai contoh biologi kuantum, mekanisme pasangan radikal adalah hipotesis menarik untuk menjelaskan kemampuan beberapa spesies untuk merespon medan magnet yang lemah, misalnya burung, lalat buah, dan tanaman. Kompas magnetokimia dapat menemukan aplikasi dalam magnetometry jarak jauh, dalam pemetaan magnetik bahan mikroskopis atau topografi kompleks, dan dalam pencitraan melalui media hamburan. Itu menunjukkan bahwa kompas donor-jembatan-akseptor sintetis terdiri dari karotenoid terkait (C), porfirin (P), dan fullerene (F) dapat bekerja pada suhu rendah (193 K). Mengejutkan bahwa molekul triad semacam itu adalah satu-satunya contoh yang diketahui yang telah dibuktikan secara eksperimental sensitif terhadap medan geomagnetik (namun tidak pada suhu kamar).

...

Ringkasan. - Kami telah menunjukkan bahwa bidang gradien dapat menyebabkan peningkatan kinerja kompas kimia yang signifikan. Bidang gradien juga memberi kita alat yang ampuh untuk menyelidiki dinamika kuantum reaksi pasangan radikal dalam kimia spin . Secara khusus, ini dapat membedakan apakah keadaan pasangan radikal awal berada dalam keadaan singlet terjerat atau dalam keadaan berkorelasi klasik, bahkan dalam skenario di mana tujuan seperti itu tidak dapat dicapai sebelumnya. Fenomena ini bertahan pada penambahan rata-rata orientasi parsial dan penambahan noise magnetik realistis. Efek yang diprediksi mungkin terdeteksi dalam kompas sistem hibrida yang terdiri dari partikel nano magnetik dan pasangan radikal dalam host kristal cair yang berorientasi. Pekerjaan kami menawarkan metode sederhana untuk merancang / mensimulasikan sensor medan magnet lemah yang diilhami secara biologis berdasarkan mekanisme pasangan radikal dengan sensitivitas tinggi yang dapat bekerja pada suhu kamar.

Banyak yang telah ditulis tentang Quantum Biology . Yang agak lama - dan belum, solid - adalah Phillip Ball, The fajar Quantum Biology (Nature 2011, 474, 271-274). Untuk saat ini, jangan tinjau itu dan sebaliknya fokus pada pertanyaan Anda.

Pada pertanyaan pertama: ( apakah itu menyelesaikan masalah kita? )

Sebuah sistem (atau proses) yang dijelaskan oleh Biologi Kuantum adalah mekanika kuantum non-trivial , dan karena itu menarik, tetapi sejauh yang saya ketahui, itu juga bukan multi-qubit , jadi bukan apa sebenarnya komputasi kuantum. Secara khusus: proses biologis kuantum yang dikenal saat ini tidak menghadirkan skalabilitas, dan keduanya tidak menghadirkan gerbang logika kuantum (atau setidaknya tidak dalam cara kita memahaminya), apalagi algoritma kuantum. Jadi, sebagai jawaban, itu paling tidak: alat ini tidak menyelesaikan masalah kita.

Pada pertanyaan kedua: ( apakah ini menyelesaikan masalah tertentu yang sedang kami perjuangkan? )

Koherensi kuantum yang andal pada keadaan padat, dalam sistem terstruktur yang kompleks dan pada suhu tinggi adalah sesuatu yang ingin kita semua dipecahkan, dan, setidaknya sampai titik tertentu, inilah yang dimaksud dengan Quantum Biology. Jadi, sejauh pemahaman lapangan saat ini berjalan, ini memang masalah spesifik yang sedang dikerjakan orang-orang di laboratorium dan yang tampaknya diselesaikan dalam Biologi (karena molekul adalah struktur nano yang kompleks). Setiap kali kami dapat di laboratorium kami untuk secara andal mencapai koherensi kuantum dalam kondisi padat, dalam sistem terstruktur yang kompleks dan pada suhu tinggi, kami akan melompat jauh lebih dekat ke kegunaan dan murahnya. Jadi, sebagai jawaban, itu adalah ya.

Pada pertanyaan ketiga: ( bisakah kita menggunakan biomolekul sebagai perangkat keras kuantum? )

Mereka belum berada di liga utama, untuk sedikitnya. Bahkan sebagai spekulasi optimis, saya akan mengatakan bahwa mereka tidak akan bersaing dengan pemain besar dalam waktu dekat, tetapi saya percaya bahwa, seiring dengan kemajuan penelitian melewati DNA origami (dan strategi terkait) dalam Biologi Molekuler dan Biologi Sintetis, di beberapa titik qubit biomolekuler akan memainkan peran dalam subset dari qubit spin molekul. Secara khusus, kunci untuk relevansi adalah untuk menggabungkan (tampaknya terbukti) koherensi dalam kondisi yang tidak biasa (hangat, basah), dengan kemampuan biomolekul yang tak tertandingi untuk pengorganisasian diri yang sangat kompleks ke dalam struktur fungsional. Karena qubit spin molekul (koheren, terorganisir) adalah bidang penelitian saya, izinkan saya menautkan ke beberapa makalah yang relevan. Pertama, reaksi pertama pada molekul magnetik pertama yang kompetitif dalam hal koherensi dengan kandidat solid-state reguler, dan dengan demikian bagaimana molekul magnetik kembali dalam perlombaan menuju komputer kuantum . Dan juga, proposal ini (pengungkapan: Saya seorang penulis) di arXiv tentang mengapa dan bagaimana seseorang dapat menggunakan peptida sebagai perancah serbaguna untuk komputasi kuantum .

Ada banyak perdebatan ilmiah tentang bukti efek kuantum dalam biologi karena kesulitan mereproduksi bukti ilmiah. Beberapa telah menemukan bukti koherensi kuantum sementara yang lain berpendapat ini bukan masalahnya. (Bola, 2018).

Studi penelitian terbaru (dalam Nature Chemistry, Mei 2018 ) menemukan bukti sinyal osilasi tertentu yang menunjukkan superposisi. Para ilmuwan menemukan efek kuantum yang berlangsung tepat seperti yang diharapkan berdasarkan teori dan membuktikan bahwa ini termasuk energi yang ditumpangkan pada dua molekul secara bersamaan. Ini menghasilkan kesimpulan bahwa sistem biologis menunjukkan efek kuantum yang sama dengan sistem non-biologis.

Efek ini telah diamati di pusat reaksi bakteri Fenna-Matthews-Olsen - Chlorobium Tepidum (Borroso-Flores, 2017).

Penelitian membuktikan dimensi dan skala waktu dari proses transfer energi fotosintesis menempatkan mereka dekat dengan perbatasan kuantum / klasik. Ada berbagai penjelasan untuk ini, tetapi mereka tampaknya menunjukkan batas kuantum / klasik yang berisik sangat ideal untuk kontrol transfer energi eksitasi. Keren 2018.

Biologi Kuantum sebagai Semikonduktor Biologis

Dinamika dalam biologi seperti itu bergantung pada kimia spin (pasangan radikal), dan telah diakui bahwa "semikonduktor organik tertentu (OLED) menunjukkan magnetoelectroluminescence atau magnetoconductance, mekanisme yang pada dasarnya berbagi fisika identik dengan pasangan radikal dalam biologi"

 PJ Hore (2016).

Istilah 'spin singlets' dan 'triplets' digunakan dalam spintronics (dalam penyelidikan semikonduktor) dan istilah pasangan radikal (termasuk spin singlets atau triplets) digunakan untuk membahas kimia spin dalam biologi. Tetapi semua istilah menggambarkan fenomena yang sama (hanya di bidang disiplin yang berbeda). Baru-baru ini telah ada panggilan interdisipliner untuk integrasi kimia spin dan spintronics sebagai pengakuan atas J Matysik ini (2017).

Semikonduktor biologis yang telah diidentifikasi oleh para ilmuwan termasuk melanin dan peptida, dan peptida sekarang sedang dieksplorasi sebagai perancah untuk komputasi kuantum.

UltriaFast Transfer Elektron, dan Menyimpan Informasi Spin Elektronik dalam Spin Nuklir

Selama fotosintesis, tanaman menggunakan koherensi elektronik untuk energi ultra cepat dan transfer elektron dan telah memilih getaran spesifik untuk mempertahankan koherensi tersebut. Dengan cara ini transfer energi fotosintesis dan pemisahan muatan telah mencapai efisiensi luar biasa. Pada saat yang sama interaksi yang sama ini digunakan untuk melindungi sistem terhadap produk sampingan yang tidak diinginkan dari pemanenan cahaya dan mengisi pemisahan pada intensitas cahaya tinggi

Rienk van Grondelle.

Dalam pemisahan muatan dalam pusat reaksi fotosintesis, keadaan triplet dapat bereaksi dengan oksigen molekuler yang menghasilkan oksigen singlet yang merusak. Hasil produk triplet pada bakteri dan tanaman diamati berkurang oleh medan magnet yang lemah. Telah dikemukakan bahwa efek ini disebabkan oleh polarisasi nuklir dinamik yang dipicu oleh fotokimia (foto-CIDNP), yang merupakan metode yang efisien untuk menciptakan polarisasi non-kesetimbangan putaran nuklir dengan menggunakan reaksi kimia, yang memiliki pasangan radikal sebagai perantara ( Adriana Marais 2015). Dalam biologi seperti mekanisme dapat meningkatkan resistensi terhadap stres oksidatif.

Telah dicatat bahwa tampaknya ada hubungan antara kondisi-kondisi terjadinya foto-CIDNP di pusat-pusat reaksi dan kondisi dari transfer elektron yang diinduksi cahaya efisien yang tak tertandingi di pusat-pusat reaksi. J Matysik 2009,  IF Cespedes-Camacho dan J Matysik 2014. 

Efek CIDNP telah diamati di pusat reaksi Fenna-Matthews-Olsen (Roy et al 2006).

Efek CIDNP juga telah diamati pada flavin adenine dinucleotide (FAD) ( Stob 1989) .

FAD terlibat dalam efek kuantum yang diteorikan dalam cryptochrome dan reaksi redoks biologis lainnya. Teori yang diterima secara luas adalah bahwa selama respons terhadap medan magnet, eksitasi foto kovaktor flavin adenine dinucleotide (FAD) non-kovalen terikat dalam Cryptochrome mengarah ke pembentukan pasangan radikal melalui transfer elektron berurutan di sepanjang "triptofan-triad", rantai tiga residu triptofan yang terlestarikan dalam protein. Proses ini mengurangi keadaan singlet tereksitasi-foto dari FAD menjadi radikal anion, Dengan cara yang sama seperti foto-CIDNP MAS NMR telah memberikan wawasan terperinci tentang transpor elektron fotosintesis di pusat-pusat reaksi, hal ini diantisipasi dalam berbagai aplikasi dalam studi mekanistik. protein photoaktif lainnya.

'sampai sekarang, tidak ada fenomena CIDNP telah diamati dalam spintronics, meskipun kemungkinan mendapatkan efek seperti telah disebutkan “Jika resonansi spin nuklir ditemukan memiliki dampak pada transpor elektron yang bergantung pada spin karena interaksi hyperfine, pada akhirnya sebaliknya. proses mungkin menjadi mungkin: menyimpan informasi putaran elektronik dalam putaran nuklir. "

 J Matysik (2017).

Ringkasan Bukti Mengenai Efek Kuantum dalam Biologi

Ada banyak perdebatan tentang bukti efek kuantum dalam biologi karena kesulitan mereproduksi bukti dalam ilmu biologi. Biologi sangat bervariasi dan terus bermutasi. Beberapa telah menemukan bukti koherensi kuantum sementara yang lain berpendapat ini bukan masalahnya. (Bola, 2018).

Studi penelitian terbaru (dalam Nature Chemistry, Mei 2018 ) menemukan bukti sinyal osilasi tertentu yang menunjukkan superposisi. Para ilmuwan menemukan efek kuantum yang berlangsung tepat seperti yang diharapkan berdasarkan teori dan membuktikan bahwa ini termasuk energi yang ditumpangkan pada dua molekul secara bersamaan. Ini menghasilkan kesimpulan bahwa sistem biologis menunjukkan efek kuantum yang sama dengan sistem non-biologis.

Efek tersebut telah diamati di pusat reaksi bakteri Fenna-Matthews-Olsen - Chlorobium Tepidum (Borroso-Flores, 2017).

Penelitian membuktikan dimensi dan skala waktu dari proses transfer energi fotosintesis menempatkan mereka dekat dengan perbatasan kuantum / klasik. Ada berbagai penjelasan untuk ini, tetapi mereka tampaknya menunjukkan batas kuantum / klasik yang berisik sangat ideal untuk kontrol transfer energi eksitasi. Keren 2018.

Biologi Kuantum Digambarkan sebagai Semikonduktor Biologis

Dinamika dalam biologi seperti itu bergantung pada spin kimia (pasangan radikal), dan telah diakui bahwa “semikonduktor organik tertentu (OLED) menunjukkan magnetoelectroluminescence atau magnetoconductance, mekanisme yang pada dasarnya berbagi fisika identik dengan pasangan radikal dalam biologi” PJ Hore (2016 ).

Istilah 'spin singlets' dan 'triplets' digunakan dalam spintronics (dalam penyelidikan semikonduktor) dan istilah pasangan radikal (termasuk spin singlets atau triplets) digunakan untuk membahas kimia spin dalam biologi. Tetapi semua istilah menggambarkan fenomena yang sama (hanya di bidang disiplin yang berbeda). Baru-baru ini telah ada panggilan interdisipliner untuk integrasi kimia spin dan spintronics sebagai pengakuan atas J Matysik ini (2017).

Semikonduktor biologis yang telah diidentifikasi oleh para ilmuwan termasuk melanin dan peptida, dan peptida sekarang sedang dieksplorasi sebagai perancah untuk komputasi kuantum.

UltriaFast Transfer Elektron, dan Menyimpan Informasi Spin Elektronik dalam Spin Nuklir

Selama fotosintesis, tanaman menggunakan koherensi elektronik untuk energi ultra cepat dan transfer elektron dan telah memilih getaran spesifik untuk mempertahankan koherensi tersebut. Dengan cara ini transfer energi fotosintesis dan pemisahan muatan telah mencapai efisiensi luar biasa. Pada saat yang sama interaksi yang sama ini digunakan untuk melindungi sistem dari produk sampingan yang tidak diinginkan dari pemanenan cahaya dan mengisi pemisahan pada intensitas cahaya tinggi. Rienk van Grondelle.

Dalam pemisahan muatan dalam pusat reaksi fotosintesis, keadaan triplet dapat bereaksi dengan oksigen molekuler yang menghasilkan oksigen singlet yang merusak. Hasil produk triplet pada bakteri dan tanaman diamati berkurang oleh medan magnet yang lemah. Telah dikemukakan bahwa efek ini disebabkan oleh polarisasi nuklir dinamik yang dipicu oleh fotokimia (foto-CIDNP), yang merupakan metode yang efisien untuk menciptakan polarisasi non-kesetimbangan putaran nuklir dengan menggunakan reaksi kimia, yang memiliki pasangan radikal sebagai perantara ( Adriana Marais 2015). Dalam biologi seperti mekanisme dapat meningkatkan resistensi terhadap stres oksidatif.

Telah dicatat bahwa tampaknya ada hubungan antara kondisi-kondisi terjadinya foto-CIDNP di pusat-pusat reaksi dan kondisi dari transfer elektron yang diinduksi cahaya efisien yang tak tertandingi di pusat-pusat reaksi. J Matysik 2009, IF Cespedes-Camacho dan J Matysik 2014.

Efek CIDNP telah diamati di pusat reaksi Fenna-Matthews-Olsen (Roy et al 2006).

Efek CIDNP juga telah diamati pada flavin adenine dinucleotide (FAD) ( Stob 1989) .

FAD terlibat dalam efek kuantum yang diteorikan dalam cryptochrome dan reaksi redoks biologis lainnya. Teori yang diterima secara luas adalah bahwa selama respons terhadap medan magnet, eksitasi foto kovaktor flavin adenine dinucleotide (FAD) non-kovalen terikat dalam Cryptochrome mengarah ke pembentukan pasangan radikal melalui transfer elektron berurutan di sepanjang "triptofan-triad", rantai tiga residu triptofan yang terlestarikan dalam protein. Proses ini mengurangi keadaan singlet tereksitasi-foto dari FAD menjadi radikal anion, Dengan cara yang sama seperti foto-CIDNP MAS NMR telah memberikan wawasan terperinci tentang transpor elektron fotosintesis di pusat-pusat reaksi, hal ini diantisipasi dalam berbagai aplikasi dalam studi mekanistik. protein photoaktif lainnya.

'sampai sekarang, tidak ada fenomena CIDNP yang telah diamati dalam spintronics, walaupun kemungkinan mendapatkan efek seperti itu telah disebutkan “Jika resonansi spin nuklir ditemukan berdampak pada transpor elektron yang bergantung pada spin karena interaksi hyperfine, pada akhirnya sebaliknya. proses mungkin menjadi mungkin: menyimpan informasi putaran elektronik dalam putaran nuklir. " J Matysik (2017).

Batas Biologi Quantum sebagai Pendekatan Semikonduktor Biologis

Biologi kuantum tidak dapat dengan mudah menyelesaikan masalah praktis komputasi kuantum sebagaimana adanya - karena biologi bukan hanya bentuk semikonduktor atau komputer kuantum.

Saya perhatikan bahwa para sarjana terkemuka seperti PJ Hore (dikutip di atas) yang bekerja pada mekanisme pasangan radikal dalam biologi telah sangat terhubung dengan penelitian NMR sejak awal. Para sarjana ini mungkin menyadari baik manfaat maupun jebakan dari pekerjaan interdisipliner. Salah satu risiko utama dalam studi akademis, adalah bahwa dalam menarik kesejajaran antar disiplin ilmu, kita dapat mengabaikan perbedaan. Tidak mungkin bahwa sistem biologi adaptif yang kompleks hanya akan cocok dengan konseptualisasi yang ada dalam komputasi atau fisika. Hal ini menuntut para sarjana untuk memeriksa fenomena tersebut sebagai sesuatu yang tidak diketahui dan memiliki banyak kemungkinan - beberapa di antaranya mungkin menantang prasangka apa pun yang sudah mereka miliki.

Sebagai contoh, fokus pada mekanisme pasangan radikal saja dalam penelitian efisiensi kuantum (dalam proses biologis) akan menjadi penggunaan terbatas tanpa memahami konteks mereka yang lebih luas.

Memahami Konteks

Ada penelitian yang membuktikan interaksi cryptochrome dengan mekanisme redoks dan waktu biologis pada model tikus (Harino et a, 2017 ). Dan lebih luas ada literatur yang berkembang tentang interaksi ritme redoks dan sirkadian (termasuk melalui sirkadian gating) di banyak tanaman ( Guadagno et al, 2018) dan spesies hewan.

Karya terbaru telah menyelidiki ritme sirkadian dari generasi Reactive Oxygen Species (ROS) dan enzim pemulung ROS, dan ritme sirkadian dari fotosintesis yang menghasilkan ROS. Telah disarankan itu

'mengingat bahwa perubahan dalam laju fotosintesis menyebabkan perubahan dalam produksi oksigen singlet, regulasi sirkadian fotosintesis mungkin menimbulkan ritme produksi oksigen singlet'. ( Simon et al, 2019 ).

Jika Anda ingin memahami lebih banyak tentang ritme sirkadian maka saya sarankan untuk memeriksa karya Alfred Goldbeters.

Biologi tidak Memisahkan Segalanya menjadi Komponen Individu

Pengoperasian mekanisme pengaturan waktu tersebut memiliki implikasi untuk efisiensi kuantum [ Garzia-Plazaola et al, 2017 ; Schubert et al, 2004 ) dalam biologi. Sorek dan Levy (2012) juga telah meneliti hubungan dengan kompensasi suhu.

Semua jam sirkadian yang diketahui memiliki periode endogen yang sangat tidak sensitif terhadap suhu ( Kidd et al, 2015 )

Dari penelitian di atas, tampaknya juga bahwa biologi dapat memperlakukan pensinyalan cahaya dan suhu sebagai terintegrasi daripada terpisah ( Franklin et al, 2014) .

Dan ini bukan hanya tentang respons terhadap medan magnet atau cahaya. Gen cry mengubah fototransduksi cahaya biru (<420 nm) yang memengaruhi jam biologis, orientasi spasial, dan taksi relatif terhadap gravitasi, medan magnet, matahari, bulan, dan radiasi langit di beberapa spesies ( Clayton, 2016)

Kemungkinan Peran untuk Scar Quantum

Hubungan antara orbit periodik dan kuantum telah dibuat dalam parut kuantum - di mana sistem dicegah dari mencapai thermalisasi. Ini mungkin menjelaskan mengapa persamaan yang dapat digunakan untuk memodelkan struktur disipatif yang telah digunakan untuk memodelkan osilasi biologis ( Alfred Goldbeter ) juga dapat diterapkan ke bidang lain. Sebagai contoh, persamaan FKPP dapat digunakan untuk memodelkan struktur disipatif yang timbul melalui difusi-reaksi (propagasi front gelombang non-linear yang tidak stabil / dinamika populasi), tetapi juga kuantum kromodinamik ( Mueller dan Munier, 2014 ) dan kecepatan di mana medan magnet merambat dalam cairan penghantar listrik yang bergolak. Perkiraan dimensi untuk transportasi mengakui kecepatan propagasi yang tidak terbatas(Fedotov et al).

Kode Generatif?

Anda mungkin harus mempertimbangkan bagaimana sistem biologi kuantum dapat dikaitkan dengan kode. T dia foton adalah sumber daya yang diusulkan dalam komputasi kuantum dan komunikasi.

Foton mewakili pembawa qubit terbang alami untuk komunikasi kuantum, dan keberadaan serat optik telekomunikasi membuat panjang gelombang 1.310 nm dan 1.550 nm sangat cocok untuk distribusi jarak jauh. Namun, qubit yang dikodekan menjadi atom alkali yang menyerap dan memancarkan pada panjang gelombang sekitar 800 nm telah dipertimbangkan untuk penyimpanan dan pemrosesan informasi kuantum ( Tanzili et al, 2005 )

Dalam biologi ada mekanisme yang dikenal sebagai chemiluminescence spontan (dan dengan sejumlah nama lain termasuk emisi foton ultraweak dan biofoton).

Secara umum diterima bahwa (ini) foton dipancarkan (1) pada dekat UVA, terlihat, dan dekat rentang spektral IR dari 350 hingga 1300 nm dan (2) pada intensitas emisi foton dalam kisaran beberapa unit hingga beberapa ratus ( proses metabolisme oksidatif) dan beberapa ratusan hingga ribuan (proses stres oksidatif) foton s − 1 cm − 2. ( Cifra dan Pospíšil, 2014 )

Mekanisme ini banyak ditemukan di seluruh biologi (baik pada tumbuhan dan hewan) dan terjadi di mana spesies yang tereksitasi secara elektronik terbentuk selama proses stres oksidatif ( Cifra et al, 2014 ), yang terkait dengan produksi ROS ( Pospíšil et al, 2014 ) . Mereka dapat dihasilkan dan dipengaruhi oleh berbagai rangsangan termasuk medan magnet ( Li, 2012 )

Pemikirannya adalah itu

berbagai proses molekuler dapat memancarkan foton dan bahwa ini diangkut ke permukaan sel dengan energi yang membawa rangsangan. Proses serupa membawa energi dari foton melintasi matriks protein raksasa selama fotosintesis ( ulasan teknologi MIT, 2012 ).

Mekanisme ini telah dikaitkan dengan perubahan sistematis dalam metabolisme energi yang melekat pada siklus sirkadian pada hewan dan tumbuhan ( Footitt et al, 2016 dan Kobayashi et al, 2009 ). Juga telah dicatat bahwa keuntungan yang jelas dari mekanisme ini adalah bahwa ia memberikan informasi spasial ( Burgos et al, 2017 )

Telah diusulkan bahwa fosfena (yang dapat dihasilkan dalam korteks visual kami dalam menanggapi berbagai rangsangan termasuk medan cahaya dan magnet) adalah hasil dari Emisi Foton Ultra Lemah Császár et al, 2015 . Mekanisme pasti di balik ini masih diselidiki, tetapi kami memiliki berbagai protein termasuk cryptochrome di retina kita sendiri ( Foley et al, 2011) . Fosfen menghasilkan berbagai macam bentuk dan warna geometris . Ini berpotensi bertindak sebagai kode / memori .

Apa yang mungkin hasil dari runtuhnya superposisi

Jika superposisi dari 1 dan 0 dapat dihasilkan, pertanyaan kemudian perlu ditanyakan apa hasil dari runtuhnya ini.

Metafora untuk ini mungkin runtuh ilusi visual multi-stabil - seperti kubus Necker . Ini menyajikan kemungkinan beberapa gambar dan telah dieksplorasi sebagai efek kuantum .

Kita dapat menghancurkan ilusi seperti itu dengan memutuskan untuk memberi perhatian pada kemungkinan / citra tertentu. Pilihan gambar yang kami hadiri bervariasi antar individu dan pilihan tersebut adalah preferensi. Memilih satu gambar tidak memvalidasi gambar itu di atas yang lain. Itu hanyalah sebuah pilihan.

Yang akhirnya kita dapatkan hanyalah satu pilihan / interpretasi dari berbagai kemungkinan. Dengan demikian, aplikasi memori dan hasil prediksi dalam interpretasi atau konstruksi (dengan prediksi menarik banyak pada memori) daripada jawaban yang benar.

Runtuhnya posisi-super mungkin kemudian dicegah melalui penghindaran dari pilihan semacam itu atau superposisi dapat dibangun kembali melalui kemungkinan-kemungkinan baru - misalnya yang dihasilkan melalui perubahan lingkungan.