Квант. Путеводитель для запутавшихся

Квантовый мозг

Осталась лишь одна интерпретация квантовой механики, которую мы пока не обсудили. Она заслуживает упоминания по двум причинам. Во-первых, ее автором выступил один из самых уважаемых специалистов в сфере математической физики своего поколения – Роджер Пенроуз. Во-вторых, она может объяснить единственную область науки, которая представляется еще более загадочной, чем квантовая механика: происхождение сознания.

Согласно Пенроузу, коллапс суперпозиций различных квантовых состояний происходит не из-за проведения измерения, не из-за присутствия сознательного наблюдателя и даже не из-за взаимодействия с окружающей средой. Пенроуз полагает, что коллапс происходит даже в изолированной системе посредством физического процесса, связанного с самой природой пространства-времени. Согласно Пенроузу, «объективная редукция», или коллапс, волновой функции объясняется различной пространственно-временной геометрией каждого состояния суперпозиции. (Следовательно, если частица находится в суперпозиции пребывания в двух местах одновременно, пространство-время будет по-разному искривляться в зависимости от того, где более вероятно обнаружение массы этой частицы.) Как только разница геометрий доходит до критического уровня, как происходит, когда частица оказывается запутанной с окружающей средой, суперпозиция становится нестабильной и схлопывается до одного из возможных состояний. Само собой, ни Пенроуз, ни кто-либо еще не знает всех тонкостей этого механизма, поскольку у нас еще нет полной теории квантовой гравитации.

Пенроуз и Стюарт Хамерофф применили эту интерпретацию, чтобы объяснить, как может переключаться сознание в пределах мозга. Мне следует сперва пояснить, что они обращаются к квантовой механике, поскольку считают, что способ нашего «мышления» фундаментально отличается от метода обработки алгоритмов компьютером. Эта невычислимость сознательной мысли, по их мнению, должна требовать чего-то выходящего за пределы классической физики, а именно квантовой физики. Пенроуз и Хамерофф считают, что нашли верный биологический сосуд для защиты деликатной квантовой когерентности от воздействия окружающей среды внутри мозга.

Нейроны мозга содержат полые цилиндрические полимеры, называемые микротрубочками. Они, в свою очередь, состоят из белка тубулина, который может существовать в суперпозиции двух чуть разных форм. Пенроуз и Хамерофф утверждают, что микротрубочки обладают идеальными свойствами для поддержания этой суперпозиции и распространения ее на окружающие белки. Следовательно, когерентная суперпозиция поддерживается значительный период времени, делая возможным возникновение досознательных процессов. Объективная редукция суперпозиции происходит по достижении критического порога Пенроуза и включении сознания. Само собой, это происходит в мозге постоянно. Может, на самом деле нам и не нужен квантовый компьютер, ведь он находится у каждого из нас в голове!

Другой вариант – использовать так называемую квантовую коррекцию ошибок, чтобы компенсировать декогеренцию. В ее основе лежит избыточность, которая означает, что одна и та же информация распространяется на множество кубитов. Таким образом, если суперпозиция одного из кубитов оказывается каким-либо образом нарушенной, это не влияет на точность вычисления, поскольку та же информация закодирована и в других, не подвергшихся воздействию кубитах.

В настоящее время разработаны лишь квантовые компьютеры с несколькими кубитами. Вполне возможно, в ближайшем будущем ученым удастся построить квантовый компьютер, содержащий до сорока кубитов. Однако работающий квантовый компьютер требует запутанности тысяч кубитов и сдерживания декогеренции в течение достаточно длительного периода времени, необходимого для проведения полезных вычислений.