
生命的計算極限或遠超我們想像,科學家指量子力學功不可沒
一篇由霍華德大學理論物理學家撰寫的新論文指出,無神經的真核細胞在處理信息的速度上,可能比典型的生化過程快上十億倍。這個觀點源於越來越多證據顯示,生物學與量子力學並非像科學家過去認為的那樣完全互不相容。
雖然這個理論仍需經過嚴格實驗驗證,但它可能顯示生物計算的能力遠遠超出現有最強量子電腦的水平。
那麼,生物計算的極限究竟在哪?部分技術專家認為,人腦每秒可進行10的16次計算,當超級人工智能達到這一門檻並擁有其他能力時,我們將進入所謂的科技奇點。然而,理論物理學家Philip Kurian的新文章則質疑這些基於神經元的計算估計,認為它們嚴重低估了生物大腦的真實計算能力。
Kurian在計算中納入了一個具爭議但日益受重視的觀點:生物系統中的量子過程加起來,其計算能力遠超最先進的量子電腦。這篇發表於《Science Advances》期刊的文章,基於最近QBL團隊發現細胞骨架纖維具有量子光學特性,重新計算了地球上碳基生命的計算能力。
Kurian在新聞稿中表示:「這項研究連結了20世紀物理學的三大支柱——熱力學、相對論與量子力學,推動生物科學的重大範式轉移,探索在常溫下濕體(wetware,即人體有機物質)中量子資訊處理的可行性與影響。物理學家與宇宙學家應該認真對待這些發現,尤其是在探討地球及其他宜居星球生命起源時,考慮生命與電磁場的共演關係。」
生物學與量子力學的意外交集
傳統上,生物學與量子力學被視為兩條平行線,因為量子系統通常需要極低溫度才能運作,而量子比特對干擾極其敏感(這也是量子電腦需要強大錯誤更正的原因)。相比之下,人體大腦的溫暖且混亂環境,似乎不利於量子過程的存在。
然而,數十年來,一些理論逐漸獲得認可,認為量子過程或許真正在大腦中發生,甚至可能是意識的根源之一。Kurian的論文聚焦於胺基酸色氨酸(tryptophan),這種成分廣泛存在於多種蛋白質中,能在微管、澱粉樣纖維、纖毛及神經元等結構中形成巨大網絡。結合QBL去年發現的量子特性,逐漸形成一個觀念:無神經生物可能利用這些量子信號來處理信息。
傳統的生化信號依靠神經元間的化學傳遞,但在量子層面上,色氨酸可能像量子光纖一樣,能在皮秒級別完成運算,使細胞的運作速度比純化學過程快上十億倍。
這個重新定義的計算極限雖然看似謙虛,但如果無神經細胞確實利用量子信號處理信息,對量子計算與人工智能領域都是重大利好。
Kurian強調:「這一切都發生在一鍋溫暖的湯裡!量子計算領域應該嚴肅看待這些發現。在人工智能與量子電腦時代,我們必須記住物理定律限制了它們所有行為。」
當然,像過去許多關於量子信息處理與意識的理論一樣,Kurian的觀點仍需經過嚴密實驗考證才能徹底改寫我們對生物計算的認知。但隨著我們對生物亞原子世界的理解日益加深,將量子世界與生物世界結合的想法正逐步變得不再難以想像。
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編輯評論:量子生物學的突破或將顛覆我們對生命本質的理解
Kurian的研究揭示了一個令人振奮的前景:生命的計算能力可能遠超我們過去的估計,這不僅挑戰了傳統神經生物學的界限,也為量子物理在生物系統中的應用開啟了新篇章。過去,量子力學與生命科學被視為兩個截然不同的領域,量子現象因其脆弱性和對環境的極端敏感,一直被認為不可能在溫暖、動態且複雜的生物體內穩定存在。但Kurian的論文和QBL團隊的發現,正逐步瓦解這種偏見。
這帶來的啟示是多方面的。首先,若生物體內確實利用量子過程來加速信息處理,這意味著神經科學和人工智能的研究方向可能需要重新校準,尋找如何模仿或利用這種自然量子計算機制。其次,這也可能為量子計算機的設計提供靈感,尤其是在克服環境干擾與錯誤更正方面,因為自然界已經在常溫下實現了量子運算。
然而,這一理論仍處於初期階段,亟需跨學科的實驗驗證和理論深化。從哲學層面看,若意識與量子過程緊密相連,這將引發對心靈本質的新討論,甚至挑戰長久以來的認識論和唯物主義框架。
總括而言,Kurian的研究不僅僅是一篇科學論文,它是對生命計算極限的重新定義,是對生物與物理學整合的呼喚,也是對未來科技和哲學思考的啟迪。香港的讀者和科學界,應該密切關注這一領域的發展,因為它或許將引領我們進入生命科學與量子科技融合的新時代。
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