大脑中可能进行着量子处理

原标题：大脑中可能进行着量子处理

波斯纳分子团

　　科技日报北京8月28日电 （记者常丽君）为了理解智慧的基础是什么，科学家从解剖、神经生化甚至量子物理学的角度进行深入研究。最近，美国加州大学圣芭芭拉分校的马修·费希尔提出，大脑中可能在利用核自旋进行着量子处理，他在Arxiv文库（一个专门收录科学文献预印本的在线数据库）中发表论文对这一观点进行了解释。

　　马修·费希尔说，小分子和离子会迅速与周围的液体环境纠缠，因此不能在宏观时间尺度保持量子相干；而核自旋与环境的连接很弱，有可能延长其相干时间。相干持续时间取决于元素种类及其自旋量子值，这样看来，具有最佳相干时间的元素是一种理想的“神经量子比特”，应该有清晰的1/2核自旋，在生化环境中，这种1/2自旋核是弱退相干的。

　　据物理学家组织网27日报道，磷是唯一较常见的核自旋为1/2的生化元素，因此磷酸盐很适合充当神经量子比特的载体。在费希尔的理论中，提出了一种叫做“波斯纳”（Posner）的磷酸盐分子Ca9(PO4)6，很适合充当量子比特存储器，其能维持的相干时间可能达到几天。

　　量子处理的核心是量子纠缠，酶催化反应会破坏焦磷酸盐离子，产生两个磷酸盐离子，形成量子纠缠对，可作为量子比特。这种磷酸盐对和细胞外的钙离子结合形成波斯纳分子后，仍会保留核自旋纠缠。

　　对于某个问题而言，把所有想法集中在一起，真正进行量子处理，需要实现某种量子纠缠和后续测量。

　　费希尔还提出一种叫做“吻过就跑”（kiss and run）的胞外分泌机制：神经突触把成对的纠缠磷酸盐释放到细胞外液体中，在此它们与钙离子结合成多重波斯纳分子，实际上就将纠缠态的磷核自旋保存下来。当波斯纳分子被传输到两个分离的突触前端，在相互融合时，就会发生量子测量，释放一阵胞内钙离子“雨”，引发下一步的神经递质释放，提高突触后神经元放电的可能性。这种多重纠缠的波斯纳分子引发神经元放电率的非局部量子相干，为神经量子处理提供了关键机制。

　　费希尔还指出，突触前端发现了转运体VGLUTs（葡萄糖转运蛋白）可作为假定的波斯纳分子。VGLUTs本身有不同形式，今后的研究或有助于识别它们各自的角色。

(来源:科技日报)