Bei der laufenden Arbeit, das volle Potenzial des Quantencomputings auszuschöpfen, könnten Wissenschaftler vielleicht versuchen, in unser eigenes Gehirn zu blicken, um zu sehen, was möglich ist: Eine neue Studie legt nahe, dass das Gehirn tatsächlich viel mit a gemeinsam hat Quantencomputer.
Die Ergebnisse könnten uns viel über die Funktionen von Neuronen sowie über die Grundlagen der Quantenmechanik beibringen. Die Forschung könnte zum Beispiel erklären, warum unser Gehirn Supercomputer bei bestimmten Aufgaben wie dem Treffen von Entscheidungen oder dem Erlernen neuer Informationen immer noch übertreffen kann.
Wie bei vielen Quantencomputerforschungen befasst sich die Studie mit der Idee der Verschränkung – zwei getrennte Teilchen befinden sich in Zuständen, die miteinander verbunden sind
„Wir haben eine Idee adaptiert, die für Experimente entwickelt wurde, um die Existenz der Quantengravitation zu beweisen, wobei man bekannte Quantensysteme nimmt, die mit einem unbekannten System interagieren“, sagt der Physiker Christian Kerskens von der Universität Dublin.
„Wenn sich die bekannten Systeme verschränken, dann muss auch das Unbekannte ein Quantensystem sein. Es umgeht die Schwierigkeiten, Messgeräte für etwas zu finden, worüber wir nichts wissen.“
Mit anderen Worten, die Verschränkung oder Beziehung zwischen den bekannten Systemen kann nur stattfinden, wenn das vermittelnde System in der Mitte – das unbekannte System – ebenfalls auf Quantenebene operiert. Während das unbekannte System nicht direkt untersucht werden kann, können seine Auswirkungen wie bei der Quantengravitation beobachtet werden.
Für die Zwecke dieser Forschung fungieren die Protonenspins des “Gehirnwassers” (der Flüssigkeit, die sich im Gehirn aufbaut) als bekanntes System mit kundenspezifischer Magnetresonanztomographie (MRT) Scans zur nicht-invasiven Messung der Protonenaktivität. Der Spin eines Teilchens, der seine magnetischen und elektrischen Eigenschaften bestimmt, ist eine quantenmechanische Eigenschaft.
Durch diese Technik konnten die Forscher Signale sehen, die den vom Herzschlag hervorgerufenen Potentialen ähneln, die eine Art Elektroenzephalographie (EEG)-Signal sind. Diese Signale sind normalerweise nicht durch MRT nachweisbar, und man geht davon aus, dass sie auftauchten, weil die nuklearen Protonenspins im Gehirn verschränkt waren.
Die vom Team aufgezeichneten Beobachtungen müssen durch zukünftige Studien in mehreren wissenschaftlichen Bereichen bestätigt werden, aber die ersten Ergebnisse sehen vielversprechend für nicht-klassische Quantenereignisse im menschlichen Gehirn aus, wenn es aktiv ist.
„Wenn Verschränkung hier die einzig mögliche Erklärung ist, dann müssten Gehirnprozesse mit den Kernspins interagiert haben, die die Verschränkung zwischen den Kernspins vermittelt haben“, sagt Kerskens.
„Als Ergebnis können wir ableiten, dass diese Gehirnfunktionen Quantenfunktionen haben müssen.“
Die Gehirnfunktionen, die die MRI-Messwerte beleuchteten, wurden auch mit dem Kurzzeitgedächtnis und der bewussten Wahrnehmung in Verbindung gebracht, und das deutet darauf hin, dass die Quantenprozesse – wenn sie das tatsächlich sind – eine entscheidende Rolle bei der Kognition und dem Bewusstsein spielen, schlägt Kerskens vor.
Als nächstes müssen die Forscher mehr über dieses unbekannte Quantensystem im Gehirn erfahren – und dann könnten wir die Funktionsweise des Quantencomputers, den wir in unseren Köpfen herumtragen, vollständig verstehen.
„Unsere Experimente, durchgeführt nur 50 Meter entfernt von dem Hörsaal, in dem Schrödinger seine berühmten Gedanken über das Leben vorgetragen hat, könnten Licht in die Geheimnisse der Biologie und des wissenschaftlich noch schwerer zu fassenden Bewusstseins bringen“, sagt Kerskens.
Die Forschung wurde in der veröffentlicht Zeitschrift für Physikkommunikation.