我们的大脑究竟是不是一台“量子计算机”?
此前,诺奖得主罗杰・彭罗斯就提出过大胆猜想,认为大脑产生意识的原理与量子计算有关,但理论一出,质疑就铺天盖地而来。
支持这一理论的科学家们,这些年一直在寻找证据。
现在,终于又有一项新研究发现,我们的大脑在进行短期记忆等行为时,或许确实在悄悄做量子计算。
研究人员设计了一种特殊的测量方法,原理上是利用两个已知的量子系统与需要测量的系统进行相互作用。
如果待测量系统对两个量子纠缠的系统产生影响,则说明这个系统很可能也是量子系统。
现在,对大脑中负责意识功能的区域进行这种测量后,研究人员找到了他们想要的证据。
利用磁共振检测大脑信号
具体来说,这项研究采用了一种基于多量子相干的磁共振成像方法。
磁共振成像能基于核磁共振原理,检测构成物体原子核的情况,进而推断组成物质的分布、种类、数量、化学环境等,据此绘制成整个物体内部的结构图像。
为了排除量子关联等影响,研究者们还对核磁共振信号进行了处理。
通过这种方法,在测量了 40 个人(18~46 岁之间)的大脑信号后,研究人员在大部分人的大脑区域中都测量出了一种诱发脑电信号。
这类信号有点像心跳诱发脑电位信号(HEPs,大脑感应心跳的信号),都依赖于大脑意识的产生,主要与短期记忆与意识感知相关。
然而正常来说,基于多量子相干的核磁共振根本没办法检测到诱发脑电信号,因为这些信号与任何经典的核磁共振信号都没有相关性。
对此研究人员推测,这一现象用量子纠缠解释是最合理的,进一步来说,这也意味着这些大脑功能与量子计算相关。
这项研究来自都柏林圣三一大学,目前被发表在《Journal of Physics Communications》(JPCO)上。
当然,这一研究结论究竟是否可信,还得交给学界反复验证。
对于研究本身,研究人员表示:
如果我们大脑确实像一台量子计算机,那它或许可以解释为什么我们在未知的环境中、做决策或学新东西时仍然比超算要快。
为什么说人脑可能是个量子计算机?
关于人脑可能是量子计算机这个理论,还得从 1989 年说起。
当时因黑洞研究已小有名气的数学物理学家罗杰・彭罗斯 (Roger Penrose),和意识研究教授斯图尔特・哈梅罗夫一起提出了一种在当时的科学家看来“非常荒谬”的猜测。
他们认为,人脑的意识与细胞中一个叫微管的结构有关,意识的产生是微管中量子引力效应的结果,后来彭罗斯甚至还写了本书叫《皇帝新脑》。
这个猜测一提出,就遭遇了大批科学家的反对。虽然彭罗斯对黑洞方面的巨大贡献使他获得了诺奖,但对于他在人脑和量子计算方面的理论,不少科学家却并不认同。
但这种新奇的思路也吸引了一些科学家的注意力,他们一直在继续这方面的研究。
2016 年,获得过凝聚态物理最高奖巴克利奖的科学家马修・费舍尔(Matthew Fisher),再次提出了人脑与意识相关的理论 ——
他认为,大脑的工作原理很可能与量子计算机一致,而磷原子的核自旋则相当于大脑的量子位(qubits,又称量子比特,是量子信息的基本计量单位)。
他还把人脑意识与量子计算相关理论的学科命名为量子神经科学。
对于“人脑可能是量子计算机”这个研究方向的未来,马修・费舍尔表示:
或许有一天,学界会彻底放弃“人脑认知与量子计算存在联系”这一思路。
但换个角度想,如果我们通过研究能彻底排除“量子力学与人脑认知存在关系”这种可能性,对学界也是很有意义的。
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