Бавноходката е първият квантово вплетен жив организъм. Постижение, но на животинчето

Бавноходка, едно от най-издръжливите животни, за които познаваме, е била квантово вплетена със свръхпроводящ кубит - и "оживяла, за да разкаже историята", съобщава NewScientist. 

Това е изключително постижение, защото се оказва, че това е първият жив (или поне условно жив) многоклетъчен организъм, който е бил в това странно квантово състояние и повдига въпроси за това, какво означава вплитането на живи същества и дали изобщо нео подобно се е случило.

Защо "условно жив"? По време на експеримента бавноходката е бил в състояние на дълбока криптобиоза. Така тя не забеляза участието си в един от най-загадъчните процеси на квантовата физика, но излиза жива от него. Поне така пишат авторите на новото изследване, което тепърва ще бъде рецензирано. То естествено предизвиква вълна от туитове, онлайн коментари, придружени от чувство на недоумение и вълнение. 

Изследването под формата на препринт на научна статия е публикувано на сървъра arXiv.org.

Квантовите бавноходки

Бавноходката е микроскопично безгръбначно, за което е известно, че оцелява при някои от най-екстремните условия. Космически вакуум? Лесна работа за бавноходките. Замразяване? Радиация? Бавноходките оцеляват благодарение на способността си да влизат в състояние, подобно на хибернация. Това състояние бавноходките изглеждат като мъртви... но не са. Техният метаболизъм пада почти до нула (те стават "аметаболитни") и могат да останат в това състояние според някои експерименти в продължение на десетилетия. Тези характеристики правят тези същества добър избор за този конкретен експеримент, тъй като квантовите компютри изискват изключително ниски температури, за да работят.

Нека се опитаме да обясним какво представлява квантовото вплитане и защо заключенията на изследователите за участието на бавноходките може да са твърде прибързани.

Светът на квантовата физика е място, където се разпадат всичките ни представи за физичната реалност. Едно от странните явления на квантовия свят е квантовото вплитане. 

Това е нематериална връзка на два обекта – например атоми – „вплетени“ по такъв начин, че вече не могат да бъдат описани поотделно. Тоест техните квантови състояния стават взаимозависими.

И тази взаимозависимост продължава, дори ако двата квантово вплетени обекта са изпратени много далеч един от друг. Можем да кажем, че от това състояние е свързано с концепцията за квантова телепортация. Всъщност обаче няма пренос на енергия или материя на разстояние.

От един обект на друг се прехвърля само неговото квантово състояние.

Кубитът е квантова система и има две възможни състояния, нещо както класическият компютърен бит може да бъде 0 или 1. Ако свържете два кубита, можете да създадете нова система от два кубита, където кубитите може да съществуват и в двете състояния наведнъж. Може кубит A да бъде 0/1, а кубит B да бъде 0/1, но би било невъзможно да се каже в какво състояние е всеки кубит, преди да ги измерите.

Ако два кубита се свържат квантово, тогава се получава система, в която два кубита "усещат" състоянието на другия от разстояние. Трудно е да си представим, но това прави света на квантовата физика толкова предизвикателен и привлекателен.

И именно върху един от кубитите, вплетени в тази "магическа" система, изследователи поставят бавноходка, охладена до температура от 10 миликелвина или -273,14 градуса по Целзий. Тази температура е почти равна на абсолютната нула.

И така, на кубит А има бавноходка, докато кубит B остава "празен". Наличието на бавноходката върху кубит А води до намаляване на честотата му, от което авторите на работата заключават, че самата бавноходка е в състояние на квантово вплитане.

И двата кубита са свръхпроводящи. Бавноходката е действала като диелектрик в кубит B. 

"Като се има предвид, че резултатите от процеса на вплитане могат да бъдат възпроизведени, описвайки въздействието на бавноходката класически - тоест без заплитане - мисля, че случаят е такъв", коментира Джон Бартоломю (John Bartholomew), разработчик на квантов хардуер в Университета в Сидни.

Но някои физици не са съгласни с твърдението на авторите, че е имало квантово заплитане с бавноходката.

„За да се признае вплитане... трябва да има някакво вътрешно състояние, което да се наблюдава“, коментира Дъглас Нателсън (Douglas Natelson), професор по физика в Университета Райс в Тексас, намеквайки, че за да се установи наистина вплитане, е необходимо да се измерят квантовите свойства на бавноходката, което експериментаторите очевидно не са направили. Нателсън документира мислите си в кратка публикация в блога си. „Това не е „квантова биология“, пише той.

Според Нателсън наличието на бавноходка на кубита А може да е променило честотата на кубита, но това не означава че микроскопичният организъм, е влязъл в състояние на квантово вплитане. 

С други думи, бавноходката в експеримента може лесно да бъде заменена с прахови частици и това би имало подобен ефект. 

Въпреки че самото вплитане да изглежда най-малкото подвеждащо, има още един впечатляващ аспект на експеримента, който би трябвало да накара феновете на бавноходките да аплодират отново непобедимата устойчивост на малкия звяр.

В хода на това изследване животното прекарва цели 17 дни при температури близки до абсолютната нула и при минимално атмосферно налягане от 6 × 10^-6 милибара, за да се изключат всякакви смущения.

При такива условия всички химични процеси в тялото на животното се прекратяват. Биологично бавноходката е мъртва през цялото време, докато е в криптобиоза. Но поставена отново в условия, подходящи за живот, тя оживява и се връща към обичайните си дейности. И това може да се случи дори ако условията, подходящи за живот, се появят след десетилетия.

Между другото, експериментът е бил проведен три пъти с три различни тбавноходки и само една от тях успешно се е върнала към живот, благодарение на това, че учените са се сетили да я прехвърлят в условия на нормално атмосферно налягане много бавно.

Въпреки че заглавията за квантово вплитане на живи същества са вълнуващи, те, за съжаление, са подвеждащи.

Правилното заглавие тук е, че учените са показали за пореден път колко издръжлива може да бъде бавноходката и може би, според някои учени, това изследване може да отвори вратата за включването на бавноходките в други квантови експерименти в бъдеще.

Справка:

Entanglement between superconducting qubits and a tardigrade
K. S. Lee, Y. P. Tan, L. H. Nguyen, R. P. Budoyo, K. H. Park, C. Hufnagel, Y. S. Yap, N. Møbjerg, V. Vedral, T. Paterek, R. Dumke, https://arxiv.org/abs/2112.07978

Източници:

Tardigrade is first multicellular organism to be quantum entangled
Alex Wilkins, NewScientist

No, tardigrades have not been quantum entangled with a qubit, CNET

No, a tardigrade was not meaningfully entangled with a qubit, Douglas Natelson, nanoscale.blogspot.com

Още по темата

08/11/2021

Космос

Ще бъдат ли бавноходките първите междузвездни астронавти? (видео)

07/10/2021

Животът

Нови видове бавноходки са открити в доминикански кехлибар на 16 млн години

31/05/2021

Животът

НАСА пуска светещи бебета калмари и 5000 бавноходки в космоса

20/05/2021

Животът

Останали ли са живи бавноходки на Луната?