量子大脑的新自旋

十年前绝大多数物理学家都会认为量子大脑或量子意识的概念是无稽之谈，然而过去十年越来越多的证据显示某些生物系统可能利用了量子机制，如植物的光合作用利用量子效应将光转变成能量，候鸟的量子罗盘使它能利用地磁场导航。但量子大脑或量子意识假说面临的一大挑战是量子比特的纠缠态非常脆弱，一个光子的干扰就足以让整个系统退相干。大脑或量子大脑是如何能维持足够长时间的量子纠缠态的？加州圣芭芭拉的物理学家Matthew Fisher提出了一种假设，认为磷原子核自旋可充当大脑的量子比特。Fisher是因为个人经历对大脑的量子机制产生兴趣，他出生于物理学世家，父亲和兄弟都是知名的物理学家。他不同寻常的经历是忧郁症，严重的时候甚至想自杀，他在服用了三环抗抑郁药后情况迅速好转，感觉整个人获得了新生，虽然这种药物有副作用。但他吃惊的发现神经学家对这种药物背后的精确工作机制知之甚少。这一经历激起了他对大脑量子机制的兴趣。他认为秘密在于原子的核自旋，这一量子属性影响了每个原子维持相干状态的时间。自旋越慢，原子核与电子和磁场的交互越少。磷广泛存在于生物体中，它的自旋是1/2，但磷无法独自形成稳定的量子比特，它可以结合钙离子形成簇进一步延长相干时间。他认为这些簇能保护纠缠对抵抗外界干扰，使量子比特能维持足够长时间的相干状态，Fisher估计相干状态能持续数小时，数天甚至数周。其他科学家认为他的估计太乐观了，他的假说需要实验进行检验。