Quantencomputing im menschlichen Gehirn erforscht

Phosphoratome im Körper haben nötigen Kernspin für biochemische Qubits. Wissenschaftler untersuchen Kernspin & Dynamik nano-kugelförmiger Posner-Moleküle – mögliche neuronale Qubits.

Hintergrund: Quantum Brain Project

Internationales Forscherteam (Lead: UC Santa Barbara) untersucht Potenzial menschlichen Gehirns für Quantencomputing. Laut Matthew Fisher (Theoretischer Physiker, UCSB): Möglich, dass wir Quantenverarbeitung im eigenen Gehirn durchführen.

Konzept nicht ganz neu. Fisher: Einzigartiger biologischer Schlüssel für Quantencomputing im Gehirn.

Bisher: Quantencomputing basiert auf gefrorenen Atomen/Ionen, Diamantdefekten, supraleitenden Junctions. Diese Studie (Quantum Brain Project) sucht Experimentaldaten für bizarre Fragen: "Sind wir Quantencomputer?"

Projekt: 1,2 Mio. $ über 3 Jahre. Könnte Gehirnfunktion besser verstehen → neuartige mentale Behandlungsverfahren.

Unabhängig davon, ob Gehirn Quantencomputing betreibt: Signifikante Fortschritte in Lösungschemie Quantenverschränkung, biochemische Katalyse, Biomaterialien, Stimmungsstörungen.

Quantencomputing Grundlagen

Quantencomputing basiert auf Atomen/Ionen-Verhalten in Superposition. Statt Bits: Qubits (Wert 1, 0, oder beides simultan). Qubit-Sets → Netzwerk für Encoding, Speichern, Übertragen Info. Quantencomputer: Qubits bei sehr niedrigen Temperaturen, hochisoliert/kontrolliert.

Menschliches Gehirn: warm, nicht perfekte Umgebung für Quanteneffekte (thermische Atom-/Molekularbewegung).

Quantenverarbeitung im Gehirn

Laut Fisher: Kernspins (Atomkern, nicht benachbarte Elektronen) bieten Ungewöhnliches – bisher unstudiert.

Gut isolierte Kernspins speichern Quanteninformationen stundenlang (evtl. länger). Phosphoratome (1 % Körperbestandteile) haben nötigen Kernspin → biochemische Qubits.

Aktuell: Team überwacht Phosphor-Quanten-Eigenschaften. Speziell: Verschränkung zwischen 2 Kernspins von Phosphoratomen bei Bindung zum Molekül.

NYU-Team: Kernspin & Dynamik nano-kugelförmiger Posner-Moleküle. Prüfung: Schützen diese Moleküle Kernspins biochemischer Qubits? Fokus: Dissoziation & Paarbindung Posner-Moleküle → nicht-lokale Quanten-Datenverarbeitung.

TU München: Rolle Mitochondrien in Quantenkopplung/Verschränkung. Ziel: Ob Doppelmembran-Organellen (Zellsignaling/Stoffwechsel) tubuläre Netzwerke für Posner-Molekül-Transfer zwischen Neuronen nutzen.

Fusion/Fission Mitochondrien → nicht-lokale inter-/intrazelluläre Quantenverschränkung. Posner-Dissoziation → Calciumfreisetzung → Neurotransmitter-Freisetzung & synaptisches Feuern → quanten-gekoppeltes Neuronennetzwerk.

Technische Details

Bisher: Posner-Molekül Struktur & spektroskopischer Fingerabdruck untersucht. Stabil im Vakuum, S6-Symmetrie. Berechnetes Vibrationsspektrum → spektroskopischer Fingerabdruck für experimentelle Detektion.

Verunreinigungs-Kationen ersetzen zentrales Calcium → Knochenwachstum & Phosphor-Spin-Eigenschaften. Posner-Molekül: vielversprechender Kandidat für geschützte (vor Umgebungs-Dekohärenz) Kernspins – Implikationen Medical Imaging & Flüssigzustand NMR Quantencomputing.

Pseudospin-Quantenzahl identifiziert → kohärente Quanteninformation in Posner-Molekülen encodieren, Technik zur Verschränkung Rotationsfreiheitsgrade (Posner) mit Kernspin. Zentral für Rolle Posner als biochemisches Qubit im Quantum Brain Konzept.