É possível que sejamos todos computadores quânticos ambulantes

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Considerando quão incríveis são os nossos cérebros e as coisas que podem fazer, será que nós próprios não somos computadores quânticos – que, ironicamente, estão a tentar construir outros computadores quânticos?

Cientistas em todo o mundo estão há algum tempo a tentar encontrar formas de construir computadores quânticos funcionais. Estes computadores revolucionários teriam uma capacidade de processamento de dados inimaginável, muito maior do que os melhores computadores que temos actualmente.

Mas, considerando quão incríveis são os nossos cérebros e as coisas que podem fazer, será que nós mesmos não somos computadores quânticos – que, ironicamente, estão a tentar construir outros computadores quânticos?

Esta é uma pergunta que o físico teórico Matthew Fisher, da Universidade da Califórnia, nos EUA, faz a si próprio há anos. Agora, como director científico do Quantum Brain Project – QuBrain, Fisher vai testar se os nossos cérebros são capazes de realizar processos de computação quântica.

“Poderíamos ser, nós mesmos, computadores quânticos, em vez de robôs inteligentes que estão a projectar e construir computadores quânticos?”, pergunta Fisher numa nota de imprensa publicada no site da Universidade da Califórnia.

O nosso cérebro é uma máquina espectacular. Tão espectacular, que algumas das suas funções ainda não são completamente compreendidas pela ciência. O mecanismo que guarda memórias de muito longo prazo, a forma como opera, por exemplo, ainda não está claro.

A mecânica quântica, que lida com o comportamento da natureza a níveis atómicos e subatómicos, pode ser capaz de desbloquear algumas pistas. E isso, por sua vez, poderia ter grandes implicações a muitos níveis, desde a computação quântica e ciências dos materiais à biologia, saúde mental e até mesmo à filosofia – e terminando na derradeira pergunta: o que significa ser humano.

A ideia da computação quântica nos nossos cérebros não é nova, tendo sido ventilada tanto no campo científico como fora dele.

Fisher, especialista de renome mundial no campo da mecânica quântica, identificou um conjunto preciso – e único – de componentes biológicos e mecanismos-chave que poderiam fornecer a base para o processamento quântico no cérebro.

O cientista norte-americano está agora a lançar a colaboração QuBrain, um projecto composto por uma equipa internacional de cientistas de renome, abrangendo a física quântica, biologia molecular, bioquímica, ciência coloidal e neurociência comportamental.

O objectivo da QuBrain é procurar evidências experimentais explícitas destes componentes e mecanismos para determinar se, de facto, podemos ser computadores quânticos.

“Se a questão sobre se os processos quânticos ocorrem no cérebro for respondida de forma afirmativa, isso pode revolucionar a nossa compreensão e tratamento da função cerebral e da cognição humana”, prevê Matt Helgeson, professor de Engenharia Química da UCSB e director associado da QuBrain.

Qubits orgânicos

A parte mais importante da computação quântica é que os bits normais dos computadores clássicos – todos aqueles 1s e 0s que armazenam dados – são substituídos por qubits.

Os qubits podem ser simultaneamente 1s e 0s, graças à ideia da sobreposição quântica: a ideia de que um objecto quântico pode estar em múltiplos estados de uma vez, pelo menos até ser medido – conceito que nos dá o famoso Gato de Schrödinger, que enquanto não for observado, não está nem vivo, nem morto, está vivomorto.

Isso significa que a computação quântica tem o potencial de criar redes de processamento muito mais complexas do que os computadores atuais podem gerir, ajudando-nos a resolver alguns dos problemas mais difíceis da ciência.

A pesquisa de Fisher irá caçar qubits no cérebro. Nos computadores quânticos que estamos a tentar construir, os qubits funcionam em ambientes altamente controlados e isolados e a baixas temperaturas. Assim, o nosso cérebro quente e húmido não é considerado um ambiente propício para apresentar efeitos quânticos.

No entanto, Fisher afirma que os spins nucleares podem ser uma excepção à regra. Uma das suas próximas experiências vai tentar verificar se os qubits poderiam ser armazenados nos spins nucleares no núcleo dos átomos, em vez dos electrões que os cercam.

(dr) Sonia Fernandez

A pesquisa de Matthew Fisher vai caçar qubits no cérebro.

Os átomos de fósforo, em particular, presentes em abundância nos nossos corpos, poderiam actuar como qubits bioquímicos. “Rotações nucleares extremamente bem isoladas podem armazenar – e talvez processar – informações quânticas em escalas de horas humanas ou mais longas”, diz Fisher.

A experiência que avaliará esta possibilidade irá analisar as propriedades quânticas dos átomos de fósforo, particularmente o emaranhamento entre dois spins nucleares de fósforo quando ligados numa molécula num processo bioquímico.

Entretanto, Matt Helgeson e Alexej Jerschow, professor de química na Universidade de Nova York, vão investigar a dinâmica e o spin nuclear das moléculas de Posner, nano-aglomerados de fosfato de cálcio de forma esférica, e tentar perceber se eles têm a capacidade de proteger os spins dos qubits nucleares dos átomos de fósforo – o que poderia promover o armazenamento de informações quânticas.

Os dois investigadores irão também explorar o potencial do processamento de informações quânticas não-locais que poderia ser activado pelo emparelhamento e dissociação de moléculas de Posner.

Outras experiências da equipa da QuBrain vão examinar o potencial de decoerência, que acontece quando os elos e a dependência entre os qubits começam a desfazer-se. Para os nossos cérebros serem computadores quânticos, deve haver uma forma nativa que faça com que os nossos qubits biológicos sejam protegidos da decoerência.

Rede quântica de neurónios

Em outro conjunto de experiências, Tobias Fromme, investigador da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha, estudará o potencial contributo das mitocôndrias, as subunidades celulares responsáveis ​​pelo nosso metabolismo, para o emaranhamento e acoplamento quântico entre os neurónios.

Fromme irá determinar se estas organelas celulares podem transportar moléculas de Posner para o interior de e entre os neurónios, através das suas redes tubulares. A fusão e o fissão de mitocôndrias poderia permitir o estabelecimento de emaranhamento quântico intra e intercelular.

A subsequente dissociação das moléculas de Posner poderia desencadear a libertação de cálcio, ativando a libertação de neurotransmissores e o disparo sináptico através do que seria essencialmente uma rede quântica de neurónios – um fenómeno que Fromme irá procurar emular in vitro.

Por outras palavras, os neurotransmissores e o disparo sináptico nos nossos cérebros poderiam estar a criar redes quânticas acopladas, exactamente como um computador quântico.

A possibilidade de processamento de spin nuclear cognitivo chegou a Fisher em parte através de estudos realizados na década de 1980 que relataram uma notável dependência de isótopos de lítio sobre o comportamento de cobaias, cujo comportamento mudava drasticamente, dependendo do número de neutrões nos núcleos de lítio.

O que para a maioria das pessoas seria uma diferença insignificante, para um físico quântico como Fisher era uma disparidade fundamentalmente significativa, sugerindo a importância dos spins nucleares.

Os processos de computação quântica podem eventualmente ajudar a explicar e entender as funções mais misteriosas do cérebro, como a forma como nos agarramos às memórias de longo prazo, ou de onde a consciência e a emoção realmente vêm.

Estes são processos físicos extremamente complexos, e não há garantia de que vamos obter respostas. Mas mesmo que seja cedo demais para dizer com certeza se o cérebro é um computador quântico ou não, a pesquisa deve revelar muito mais sobre como funciona o mais complicado e incrível dos órgãos.