आप क्वांटम तंत्रिका विज्ञान के बारे में क्यों ध्यान रखना चाहिए

यदि आपने सुना नहीं है, तो क्वांटम विज्ञान अभी सफेद गर्म है, क्वांटम एन्क्रिप्शन के माध्यम से अकल्पनीय रूप से शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटर, अति-कुशल क्वांटम संचार और अभेद्य साइबर सुरक्षा की उत्साहित बात के साथ।

सभी प्रचार क्यों?

सीधे शब्दों में कहें, तो क्वांटम विज्ञान बच्चों के कदमों के बजाय विशालकाय छलांगों का वादा करता है, जिन्हें हम रोजमर्रा के विज्ञान के माध्यम से बढ़ा चुके हैं। उदाहरण के लिए, हर दिन विज्ञान हमें नए कंप्यूटर देता है जो हर 2-3 साल में दोगुना होता है, जबकि क्वांटम विज्ञान कई के साथ कंप्यूटर का वादा करता है खरबों बार सबसे अधिक उपलब्ध मांसपेशियों की तुलना में अधिक शक्ति आज।

दूसरे शब्दों में, क्वांटम विज्ञान, यदि सफल है, तो प्रौद्योगिकी में एक भूकंपीय बदलाव पैदा करेगा जो दुनिया को वैसे ही बदल देगा जैसा कि हम जानते हैं, इंटरनेट या स्मार्टफ़ोन की तुलना में और भी अधिक गहन तरीके से।

क्वांटम विज्ञान की लुभावनी संभावनाएं एक सरल सत्य से उत्पन्न होती हैं: क्वांटम घटनाएं पूरी तरह से उन नियमों को तोड़ती हैं जो "शास्त्रीय" (सामान्य) घटना को सीमित कर सकते हैं।

दो उदाहरण जहां क्वांटम विज्ञान बनाता है जो अचानक असंभव हो जाता था, क्वांटम सुपरपोजिशन और क्वांटम उलझाव हैं।

पहले क्वांटम सुपरपोज़िशन से निपटने दें

सामान्य दुनिया में, एक बेसबॉल जैसी वस्तु केवल एक समय में एक ही स्थान पर हो सकती है। लेकिन क्वांटम दुनिया में, इलेक्ट्रॉन जैसे कण अनंत स्थानों पर कब्जा कर सकते हैं एक ही समय में, क्या भौतिकविदों कई राज्यों के एक सुपरपोजिशन कॉल में मौजूदा। तो क्वांटम दुनिया में, एक चीज कभी-कभी कई अलग-अलग चीजों की तरह व्यवहार करती है।

अब बेसबॉल की उपमा को थोड़ा और बढ़ाकर क्वांटम उलझने की जाँच करें। सामान्य दुनिया में लॉस एंजिल्स और बोस्टन के प्रमुख लीग स्टेडियमों में अंधेरे लॉकरों में बैठे दो बेसबॉल एक दूसरे से पूरी तरह से स्वतंत्र हैं, जैसे कि अगर आपने एक बेसबॉल को देखने के लिए भंडारण लॉकरों में से एक को खोला, तो अन्य बेसबॉल के लिए कुछ भी नहीं होगा। 3,000 मील दूर एक गहरे भंडारण लॉकर में। लेकिन क्वांटम दुनिया में, दो व्यक्तिगत कण, जैसे फोटॉन कर सकते हैं उलझाया जा सकता है, जैसे कि एक डिटेक्टर के साथ एक फोटॉन को संवेदी रूप से दिखाने की क्रिया केवल दूसरे फोटॉन को, चाहे वह कितनी भी दूर हो, किसी विशेष अवस्था को मानने के लिए मजबूर करती है।

इस तरह के उलझाव का मतलब है कि क्वांटम ब्रह्मांड में, कई अलग-अलग इकाइयाँ कभी-कभी एक इकाई के रूप में व्यवहार कर सकती हैं, चाहे अलग-अलग संस्थाएँ कितनी भी अलग क्यों न हों।

यह एक बेसबॉल के राज्य को बदलने के बराबर होगा - कहते हैं, यह एक भंडारण लॉकर के ऊपर बनाम नीचे शेल्फ पर होने के लिए मजबूर करता है - बस 3,000 मील दूर एक भंडारण लॉकर खोलकर और पूरी तरह से टकटकी लगाकर भिन्न हो बेसबॉल।

ये "असंभव" व्यवहार क्वांटम संस्थाओं को असंभव बनाते हैं, उदाहरण के लिए, कंप्यूटर। सामान्य कंप्यूटरों में एक संग्रहीत बिट जानकारी या तो शून्य या एक होती है, लेकिन क्वांटम कंप्यूटर में एक संग्रहीत बिट, जिसे क्यूबिट (क्वांटम बिट) कहा जाता है, एक ही समय में शून्य और एक दोनों है। इस प्रकार, जहां 8 बिट्स की एक साधारण मेमोरी स्टोर में 0 से 255 तक किसी भी व्यक्ति की संख्या हो सकती है (2 ^ 8 = 256) 8 क्यूबिट्स की मेमोरी 2 ^ 8 = 256 स्टोर कर सकती है अलग संख्या यकायक! घातीय रूप से अधिक जानकारी संग्रहीत करने की क्षमता क्यों क्वांटम कंप्यूटर प्रसंस्करण शक्ति में एक क्वांटम छलांग का वादा करता है।

ऊपर के उदाहरण में, एक क्वांटम कंप्यूटर में 8 बिट मेमोरी 0 और 255 के बीच एक साथ 256 नंबर स्टोर करती है जबकि एक साधारण कंप्यूटर स्टोर में 8 बिट मेमोरी एक समय में 0 और 255 के बीच केवल 1 नंबर। अब एक 24 बिट क्वांटम मेमोरी (2 ^ 24 = 16,777,216) की कल्पना करें, हमारी पहली मेमोरी के रूप में कई क्यूबिट्स के साथ केवल 3 बार: यह एक स्टोर कर सकता है एक बार में 16,777,216 अलग-अलग नंबर!

जो हमें क्वांटम विज्ञान और न्यूरोबायोलॉजी के चौराहे पर लाता है। मानव मस्तिष्क आज उपलब्ध किसी भी कंप्यूटर की तुलना में कहीं अधिक शक्तिशाली प्रोसेसर है: क्या यह क्वांटम कंप्यूटरों की तरह ही क्वांटम अजीबता का दोहन करके इस भयानक शक्ति को प्राप्त करता है?

अभी हाल तक, भौतिकविदों के उस सवाल का जवाब एक शानदार "नहीं" है।

सुपरपोज़िशन जैसी क्वांटम घटनाएँ उन घटनाओं को आसपास के वातावरण से अलग करने पर निर्भर करती हैं, विशेष रूप से वातावरण में गर्मी जो गति में कणों को सेट करती है, अतिवृष्टि के कार्ड के अति-नाजुक क्वांटम हाउस को परेशान करती है और किसी विशेष कण को ​​बिंदु ए या बिंदु बी पर कब्जा करने के लिए मजबूर करती है। , लेकिन दोनों एक ही समय में कभी नहीं।

इस प्रकार, जब वैज्ञानिक क्वांटम परिघटनाओं का अध्ययन करते हैं, तो वे अपने आसपास के वातावरण से पढ़ी जाने वाली सामग्री को अलग करने के लिए बड़ी लंबाई में जाते हैं, आमतौर पर उनके प्रयोगों में तापमान को लगभग शून्य तक कम करके।

लेकिन प्लांट फिजियोलॉजी की दुनिया से सबूत बढ़ रहे हैं कि कुछ जैविक प्रक्रियाएं जो क्वांटम सुपरपोजिशन पर निर्भर करती हैं, सामान्य तापमान पर होती हैं, इस संभावना को बढ़ाते हुए कि क्वांटम यांत्रिकी की अकल्पनीय रूप से अजीब दुनिया वास्तव में अन्य जैविक प्रणालियों के हर दिन के कामकाज में घुसपैठ कर सकती है, जैसे कि हमारे तंत्रिका तंत्र।

उदाहरण के लिए, मई 2018 में ग्रोनिंगन यूनिवर्सिटी की एक शोध टीम जिसमें भौतिक विज्ञानी थॉमस ला कोर्ट जैंसेन शामिल थे, ने पाया कि पौधे और कुछ प्रकाश संश्लेषक जीवाणु लगभग 100% दक्षता हासिल करते हैं, जो सौर ऊर्जा के अवशोषण में इस तथ्य का फायदा उठाकर सूर्य की रोशनी को उपयोगी ऊर्जा में परिवर्तित कर देते हैं। प्रकाश-कैप्चरिंग अणु एक साथ उत्तेजित और गैर-उत्तेजित दोनों प्रकार के होते हैं, जो प्लांट के अंदर अपेक्षाकृत लंबी दूरी तक फैले हुए हैं, प्रकाश-उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों को अणुओं से सबसे कुशल पथ खोजने की अनुमति देता है, जहां प्रकाश विभिन्न अणुओं पर कब्जा कर लिया जाता है, जहां उपयोगी ऊर्जा संयंत्र के लिए बनाया गया है।

विकास, सबसे ऊर्जा-कुशल जीवन रूपों के लिए इंजीनियर की अपनी अथक खोज में, भौतिकविदों के इस विश्वास को नजरअंदाज कर दिया गया है कि उपयोगी क्वांटम प्रभाव जीव विज्ञान के गर्म, गीले वातावरण में नहीं हो सकता है।

प्लांट बायोलॉजी में क्वांटम प्रभावों की खोज ने क्वांटम बायोलॉजी नामक विज्ञान के एक बिल्कुल नए क्षेत्र को जन्म दिया है। पिछले कुछ वर्षों में, क्वांटम जीवविज्ञानियों ने कुछ पक्षियों की आंखों में चुंबकीय क्षेत्र की धारणा में क्वांटम यांत्रिक गुणों के सबूतों का पता लगाया है (पक्षियों को प्रवास के दौरान नेविगेट करने में सक्षम), और मनुष्यों में गंध रिसेप्टर्स के सक्रियण में। दृष्टि शोधकर्ताओं ने यह भी पता लगाया है कि मानव रेटिना में फोटोरिसेप्टर प्रकाश ऊर्जा की एक मात्रा के कैप्चर से विद्युत संकेत उत्पन्न करने में सक्षम हैं।

क्या विकासवाद ने हमारे दिमाग को प्रयोग करने योग्य ऊर्जा पैदा करने या सुपरपोजिशन और उलझाव जैसे क्वांटम प्रभाव का उपयोग करके न्यूरॉन्स के बीच सूचना प्रसारित करने और भंडारण करने में सक्षम बनाया?

न्यूरोसाइंटिस्ट इस संभावना की जांच की शुरुआत में हैं, लेकिन मैं क्वांटम न्यूरोसाइंस के नवजात क्षेत्र के बारे में उत्साहित हूं क्योंकि यह मस्तिष्क की हमारी समझ में जबड़े छोड़ने वाली सफलताओं को जन्म दे सकता है।

मैं ऐसा इसलिए कहता हूं क्योंकि विज्ञान का इतिहास हमें सिखाता है कि सबसे बड़ी सफलताएं हमेशा उन विचारों से आती हैं, जो किसी विशेष सफलता से पहले, अविश्वसनीय रूप से अजीब लगती हैं। आइंस्टीन की खोज कि अंतरिक्ष और समय वास्तव में एक ही चीज है (सामान्य सापेक्षता) एक उदाहरण है, डार्विन की खोज कि मनुष्य अधिक आदिम जीवन रूपों से विकसित हुआ, एक और है। और निश्चित रूप से, प्लैंक, आइंस्टीन और बोहर की पहली जगह में क्वांटम यांत्रिकी की खोज अभी तक एक और है।

जिनमें से सभी दृढ़ता से कहते हैं कि कल के खेल के तंत्रिका विज्ञान में आगे बढ़ने के पीछे के विचार, आज ज्यादातर लोगों को अत्यधिक अपरंपरागत और असंभव प्रतीत होगा।

अब, सिर्फ इसलिए कि मस्तिष्क में क्वांटम जीवविज्ञान अजीब लगता है और असंभव है, यह तंत्रिका विज्ञान में आगे बढ़ने वाले अगले विशाल छलांग का स्रोत बनने के लिए स्वचालित रूप से योग्य नहीं है। लेकिन मुझे लगता है कि जीवित प्रणालियों में क्वांटम प्रभावों की गहरी समझ हमारे दिमाग और तंत्रिका तंत्र के बारे में महत्वपूर्ण नई अंतर्दृष्टि प्राप्त करेगी, यदि कोई अन्य कारण नहीं है, तो क्वांटम बिंदु को अपनाने से न्यूरोसाइंटिस्ट को अजीब और जवाब में देखने का कारण होगा। वे अद्भुत स्थान जिन्हें उन्होंने पहले कभी जांच करना नहीं माना था।

और जब जांचकर्ता उन अजीब और अद्भुत घटनाओं को देखते हैं, तो वे घटनाएँ, जैसे कि भौतिक भौतिकी में उनके उलझे हुए चचेरे भाई हैं, उन्हें वापस देख सकते हैं!