我們的大腦究竟是不是一臺(tái)“量子計(jì)算機(jī)”？

此前，諾獎(jiǎng)得主羅杰?彭羅斯就提出過(guò)大膽猜想，認(rèn)為大腦產(chǎn)生意識(shí)的原理與量子計(jì)算有關(guān)，但理論一出，質(zhì)疑就鋪天蓋地而來(lái)。

支持這一理論的科學(xué)家們，這些年一直在尋找證據(jù)。

現(xiàn)在，終于又有一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，我們的大腦在進(jìn)行短期記憶等行為時(shí)，或許確實(shí)在悄悄做量子計(jì)算。

研究人員設(shè)計(jì)了一種特殊的測(cè)量方法，原理上是利用兩個(gè)已知的量子系統(tǒng)與需要測(cè)量的系統(tǒng)進(jìn)行相互作用。

如果待測(cè)量系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)量子糾纏的系統(tǒng)產(chǎn)生影響，則說(shuō)明這個(gè)系統(tǒng)很可能也是量子系統(tǒng)。

現(xiàn)在，對(duì)大腦中負(fù)責(zé)意識(shí)功能的區(qū)域進(jìn)行這種測(cè)量后，研究人員找到了他們想要的證據(jù)。

利用磁共振檢測(cè)大腦信號(hào)

具體來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究采用了一種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，檢測(cè)構(gòu)成物體原子核的情況，進(jìn)而推斷組成物質(zhì)的分布、種類、數(shù)量、化學(xué)環(huán)境等，據(jù)此繪制成整個(gè)物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖像。

為了排除量子關(guān)聯(lián)等影響，研究者們還對(duì)核磁共振信號(hào)進(jìn)行了處理。

通過(guò)這種方法，在測(cè)量了 40 個(gè)人（18~46 歲之間）的大腦信號(hào)后，研究人員在大部分人的大腦區(qū)域中都測(cè)量出了一種誘發(fā)腦電信號(hào)。

這類信號(hào)有點(diǎn)像心跳誘發(fā)腦電位信號(hào)（HEPs，大腦感應(yīng)心跳的信號(hào)），都依賴于大腦意識(shí)的產(chǎn)生，主要與短期記憶與意識(shí)感知相關(guān)。

然而正常來(lái)說(shuō)，基于多量子相干的核磁共振根本沒辦法檢測(cè)到誘發(fā)腦電信號(hào)，因?yàn)檫@些信號(hào)與任何經(jīng)典的核磁共振信號(hào)都沒有相關(guān)性。

對(duì)此研究人員推測(cè)，這一現(xiàn)象用量子糾纏解釋是最合理的，進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，這也意味著這些大腦功能與量子計(jì)算相關(guān)。

這項(xiàng)研究來(lái)自都柏林圣三一大學(xué)，目前被發(fā)表在《Journal of Physics Communications》（JPCO）上。

當(dāng)然，這一研究結(jié)論究竟是否可信，還得交給學(xué)界反復(fù)驗(yàn)證。

對(duì)于研究本身，研究人員表示：

如果我們大腦確實(shí)像一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，那它或許可以解釋為什么我們?cè)谖粗沫h(huán)境中、做決策或?qū)W新東西時(shí)仍然比超算要快。

為什么說(shuō)人腦可能是個(gè)量子計(jì)算機(jī)？

關(guān)于人腦可能是量子計(jì)算機(jī)這個(gè)理論，還得從 1989 年說(shuō)起。

當(dāng)時(shí)因黑洞研究已小有名氣的數(shù)學(xué)物理學(xué)家羅杰?彭羅斯 （Roger Penrose），和意識(shí)研究教授斯圖爾特?哈梅羅夫一起提出了一種在當(dāng)時(shí)的科學(xué)家看來(lái)“非?；闹嚒钡牟聹y(cè)。

他們認(rèn)為，人腦的意識(shí)與細(xì)胞中一個(gè)叫微管的結(jié)構(gòu)有關(guān)，意識(shí)的產(chǎn)生是微管中量子引力效應(yīng)的結(jié)果，后來(lái)彭羅斯甚至還寫了本書叫《皇帝新腦》。

這個(gè)猜測(cè)一提出，就遭遇了大批科學(xué)家的反對(duì)。雖然彭羅斯對(duì)黑洞方面的巨大貢獻(xiàn)使他獲得了諾獎(jiǎng)，但對(duì)于他在人腦和量子計(jì)算方面的理論，不少科學(xué)家卻并不認(rèn)同。

但這種新奇的思路也吸引了一些科學(xué)家的注意力，他們一直在繼續(xù)這方面的研究。

2016 年，獲得過(guò)凝聚態(tài)物理最高獎(jiǎng)巴克利獎(jiǎng)的科學(xué)家馬修?費(fèi)舍爾（Matthew Fisher），再次提出了人腦與意識(shí)相關(guān)的理論 ——

他認(rèn)為，大腦的工作原理很可能與量子計(jì)算機(jī)一致，而磷原子的核自旋則相當(dāng)于大腦的量子位（qubits，又稱量子比特，是量子信息的基本計(jì)量單位）。

他還把人腦意識(shí)與量子計(jì)算相關(guān)理論的學(xué)科命名為量子神經(jīng)科學(xué)。

對(duì)于“人腦可能是量子計(jì)算機(jī)”這個(gè)研究方向的未來(lái)，馬修?費(fèi)舍爾表示：

或許有一天，學(xué)界會(huì)徹底放棄“人腦認(rèn)知與量子計(jì)算存在聯(lián)系”這一思路。

但換個(gè)角度想，如果我們通過(guò)研究能徹底排除“量子力學(xué)與人腦認(rèn)知存在關(guān)系”這種可能性，對(duì)學(xué)界也是很有意義的。

論文地址：

• https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2399-6528/ac94be/pdf

參考鏈接：

• [1]https://phys.org/news/2022-10-brains-quantum.html

• [2]https://tech.huanqiu.com/article/9CaKrnK0VTB

本文來(lái)自微信公眾號(hào)：量子位 （ID：QbitAI），作者：蕭簫

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