તમારે ક્વોન્ટમ ન્યુરોસાયન્સ વિશે કેમ કાળજી લેવી જોઈએ

જો તમે સાંભળ્યું ન હોય તો, ક્વોન્ટમ વિજ્ whiteાન અત્યારે સફેદ ગરમ છે, જેમાં અકલ્પનીય રીતે શક્તિશાળી ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ, અતિ કાર્યક્ષમ ક્વોન્ટમ કોમ્યુનિકેશન અને ક્વોન્ટમ એન્ક્રિપ્શન દ્વારા અભેદ્ય સાયબર સિક્યુરિટીની ઉત્તેજિત ચર્ચા છે.

શા માટે તમામ પ્રસિદ્ધિ?

સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, ક્વોન્ટમ વિજ્ promisesાન વચન આપે છે કે આપણે રોજિંદા વિજ્ throughાન દ્વારા ટેવાયેલા બાળકના પગલાંને બદલે વિશાળ કૂદકો આગળ વધીએ છીએ. દરરોજ વિજ્ scienceાન, ઉદાહરણ તરીકે, આપણને નવા કમ્પ્યુટર્સ આપે છે જે દર 2-3 વર્ષે શક્તિમાં બમણો થાય છે, જ્યારે ક્વોન્ટમ વિજ્ manyાન ઘણા બધા સાથે કમ્પ્યુટર્સનું વચન આપે છે ટ્રિલિયન વખત આજે ઉપલબ્ધ સૌથી સ્નાયુબદ્ધ કમ્પ્યુટર કરતાં વધુ શક્તિ.

બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, ક્વોન્ટમ વિજ્ successfulાન, જો સફળ થાય તો, ટેકનોલોજીમાં ધરતીકંપનું પરિવર્તન લાવશે જે વિશ્વને આપણે જેમ જાણીએ છીએ તેમ ઇન્ટરનેટ અથવા સ્માર્ટફોન્સ કરતાં પણ વધુ ગહન રીતે બદલીશું.

ક્વોન્ટમ વિજ્ાનની આકર્ષક શક્યતાઓ એક સરળ સત્યમાંથી ઉદ્ભવે છે: ક્વોન્ટમ અસાધારણતા નિયમોને સંપૂર્ણપણે તોડી નાખે છે જે "શાસ્ત્રીય" (સામાન્ય) ઘટના શું કરી શકે છે તે મર્યાદિત કરે છે.

બે ઉદાહરણો જ્યાં ક્વોન્ટમ વિજ્ whatાન જે અશક્ય હતું તેને અચાનક શક્ય બનાવે છે, તે છે ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશન અને ક્વોન્ટમ ફસાવવું.

ચાલો પહેલા ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશનનો સામનો કરીએ.

સામાન્ય દુનિયામાં, બેઝબોલ જેવી વસ્તુ એક સમયે માત્ર એક જ જગ્યાએ હોઈ શકે છે. પરંતુ ક્વોન્ટમ વિશ્વમાં, ઇલેક્ટ્રોન જેવા કણ અનંત સંખ્યામાં જગ્યાઓ પર કબજો કરી શકે છે તે જ સમયે, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ બહુવિધ રાજ્યોની સુપરપોઝિશન કહે છે તેમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે. તેથી ક્વોન્ટમ વિશ્વમાં, એક વસ્તુ કેટલીકવાર ઘણી જુદી જુદી વસ્તુઓની જેમ વર્તે છે.

હવે બેઝબોલ સાદ્રશ્યને થોડું આગળ વધારીને ક્વોન્ટમ ગૂંચવણની તપાસ કરીએ. સામાન્ય વિશ્વમાં લોસ એન્જલસ અને બોસ્ટનના મુખ્ય લીગ સ્ટેડિયમમાં ડાર્ક લોકરમાં બે બેઝબોલ એકબીજાથી તદ્દન સ્વતંત્ર છે, જેમ કે જો તમે એક બેઝબોલને જોવા માટે સ્ટોરેજ લોકર ખોલી દો તો બીજા બેઝબોલને કશું જ થશે નહીં. 3,000 માઇલ દૂર ડાર્ક સ્ટોરેજ લોકરમાં. પરંતુ ક્વોન્ટમ વિશ્વમાં, બે વ્યક્તિગત કણો, જેમ કે ફોટોન કરી શકો છો ફંટાઈ જવું, જેમ કે ડિટેક્ટર સાથે માત્ર એક ફોટોનને સંવેદિત કરવાનું કાર્ય તરત જ બીજા ફોટોનને ભલે ગમે તેટલું દૂર હોય, ચોક્કસ રાજ્ય ધારણ કરવા માટે દબાણ કરે છે.

આવા ગૂંચવણનો અર્થ એ છે કે ક્વોન્ટમ બ્રહ્માંડમાં, ઘણી અલગ અલગ સંસ્થાઓ કેટલીકવાર એકલ એન્ટિટી તરીકે વર્તે છે, ભલે તે અલગ એન્ટિટીઝથી કેટલું દૂર હોય.

આ એક બેઝબોલની સ્થિતિને બદલવા સમાન હશે - કહો, તેને સ્ટોરેજ લોકરનાં ટોપ વિ બોટમ શેલ્ફ પર રાખવાની ફરજ પડે છે - ફક્ત 3,000 માઇલ દૂર સ્ટોરેજ લોકર ખોલીને અને સંપૂર્ણ રીતે જોઈને અલગ બેઝબોલ

આ "અશક્ય" વર્તણૂકો ક્વોન્ટમ એન્ટિટીઝને અશક્ય કરવા માટે આદર્શ બનાવે છે, ઉદાહરણ તરીકે, કમ્પ્યુટર્સ. સામાન્ય કમ્પ્યુટર્સમાં માહિતીનો સંગ્રહિત બીટ કાં તો શૂન્ય અથવા એક હોય છે, પરંતુ ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટરમાં સંગ્રહિત બીટ, જેને ક્યુબિટ (ક્વોન્ટમ બીટ) કહેવાય છે, તે એક જ સમયે શૂન્ય અને એક છે. આમ, જ્યાં 8 બિટ્સનો એક સરળ મેમરી સ્ટોર 0 થી 255 (2^8 = 256) સુધીની કોઈપણ વ્યક્તિગત સંખ્યાને સમાવી શકે છે, 8 ક્યુબિટ્સની મેમરી 2^8 = 256 સ્ટોર કરી શકે છે. અલગ નંબરો બધા એક જ સમયે! ઝડપથી વધુ માહિતી સંગ્રહિત કરવાની ક્ષમતા એ છે કે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ પ્રોસેસિંગ પાવરમાં ક્વોન્ટમ લીપનું વચન આપે છે.

ઉપરના ઉદાહરણમાં, ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટરમાં 8 બિટ મેમરી 0 અને 255 ની વચ્ચે એક જ સમયે 256 નંબરો સંગ્રહિત કરે છે જ્યારે સામાન્ય કોમ્પ્યુટરમાં 8 બીટ મેમરી એક સમયે 0 અને 255 વચ્ચે માત્ર 1 નંબર સંગ્રહિત કરે છે. હવે 24 બિટ ક્વોન્ટમ મેમરીની કલ્પના કરો (2^24 = 16,777,216) અમારી પ્રથમ મેમરી કરતા માત્ર 3 ગણા ક્યુબિટ્સ સાથે: તે એક વિશાળ સંગ્રહ કરી શકે છે 16,777,216 જુદા જુદા નંબરો એક સાથે!

જે આપણને ક્વોન્ટમ સાયન્સ અને ન્યુરોબાયોલોજીના આંતરછેદ પર લાવે છે. માનવ મગજ આજે ઉપલબ્ધ કોઈપણ કમ્પ્યુટર કરતાં વધુ શક્તિશાળી પ્રોસેસર છે: શું તે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સની જેમ ક્વોન્ટમ વિચિત્રતાનો ઉપયોગ કરીને આ અદ્ભુત શક્તિ પ્રાપ્ત કરે છે?

ખૂબ જ તાજેતર સુધી, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ દ્વારા આ પ્રશ્નનો જવાબ એક સુંદર "ના" રહ્યો છે.

સુપરપોઝિશન જેવી ક્વોન્ટમ અસાધારણ ઘટનાઓ આજુબાજુના વાતાવરણમાંથી તે ઘટનાઓને અલગ પાડવા પર આધાર રાખે છે, ખાસ કરીને પર્યાવરણમાં ગરમી કે જે ગતિમાં કણોને સુયોજિત કરે છે, સુપરપોઝિશનના કાર્ડ્સના અતિ-નાજુક ક્વોન્ટમ હાઉસને અસ્વસ્થ કરે છે અને કોઈ ચોક્કસ કણને બિંદુ A અથવા બિંદુ B પર કબજો કરવા દબાણ કરે છે. , પરંતુ બંને એક જ સમયે ક્યારેય નહીં.

આમ, જ્યારે વૈજ્ scientistsાનિકો ક્વોન્ટમ અસાધારણ ઘટનાનો અભ્યાસ કરે છે ત્યારે તેઓ આસપાસના વાતાવરણમાંથી તેઓ જે સામગ્રીનો અભ્યાસ કરી રહ્યા છે તેને અલગ કરવા માટે મોટા પ્રમાણમાં જાય છે, સામાન્ય રીતે તેમના પ્રયોગોનું તાપમાન લગભગ સંપૂર્ણ શૂન્ય સુધી ઘટાડીને.

પરંતુ પ્લાન્ટ ફિઝિયોલોજીની દુનિયામાંથી પુરાવા વધી રહ્યા છે કે ક્વોન્ટમ સુપરપોઝિશન પર આધાર રાખતી કેટલીક જૈવિક પ્રક્રિયાઓ સામાન્ય તાપમાને થાય છે, જે એવી શક્યતા વધારે છે કે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની અકલ્પનીય રીતે વિચિત્ર દુનિયા ખરેખર અન્ય જૈવિક પ્રણાલીઓના રોજિંદા કામકાજમાં ઘુસી શકે છે, જેમ કે આપણી નર્વસ સિસ્ટમ્સ.

ઉદાહરણ તરીકે, મે 2018 માં ભૌતિકશાસ્ત્રી થોમસ લા કોર જેનસેનનો સમાવેશ કરતી ગ્રોનીંગેન યુનિવર્સિટીની એક સંશોધન ટીમે પુરાવા મળ્યા કે સૂર્ય અને સૂર્યપ્રકાશને ઉપયોગમાં લેવાતી energyર્જામાં રૂપાંતરિત કરતા લગભગ 100% કાર્યક્ષમતા હાંસલ કરે છે એ હકીકતનો ઉપયોગ કરીને કે સૌર ઉર્જાનું શોષણ કેટલાક ઇલેક્ટ્રોનનું કારણ બને છે. પ્રકાશ-કેપ્ચરિંગ પરમાણુઓ છોડની અંદર પ્રમાણમાં લાંબા અંતર સુધી ફેલાયેલા ઉત્તેજિત અને બિન-ઉત્તેજિત બંને ક્વોન્ટમ રાજ્યોમાં એક સાથે અસ્તિત્વ ધરાવે છે, પ્રકાશ-ઉત્સાહિત ઇલેક્ટ્રોનને અણુઓમાંથી સૌથી વધુ કાર્યક્ષમ માર્ગ શોધવાની મંજૂરી આપે છે જ્યાં પ્રકાશ વિવિધ પરમાણુઓ સુધી કેપ્ચર થાય છે જ્યાં ઉપયોગી ઉર્જા હોય છે. છોડ માટે બનાવવામાં આવે છે.

ઉત્ક્રાંતિ, સૌથી energyર્જા-કાર્યક્ષમ જીવન સ્વરૂપોને એન્જિનિયર કરવાની તેની અવિરત શોધમાં, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓની માન્યતાને અવગણવામાં આવી છે કે ઉપયોગી ક્વોન્ટમ અસરો જીવવિજ્ ofાનના ગરમ, ભીના વાતાવરણમાં થઈ શકતી નથી.

વનસ્પતિ જીવવિજ્ inાનમાં ક્વોન્ટમ અસરોની શોધથી વિજ્ ofાનના સંપૂર્ણપણે નવા ક્ષેત્રને જન્મ આપ્યો છે જેને ક્વોન્ટમ બાયોલોજી કહેવાય છે. છેલ્લા કેટલાક વર્ષોમાં, ક્વોન્ટમ જીવવિજ્ologistsાનીઓએ કેટલાક પક્ષીઓની આંખોમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની દ્રષ્ટિએ ક્વોન્ટમ યાંત્રિક ગુણધર્મોના પુરાવા શોધી કા (્યા છે (પક્ષીઓને સ્થળાંતર દરમિયાન નેવિગેટ કરવા માટે સક્ષમ બનાવે છે), અને મનુષ્યમાં ગંધ રીસેપ્ટર્સના સક્રિયકરણમાં. દ્રષ્ટિ સંશોધકોએ એ પણ શોધી કા્યું છે કે માનવ રેટિનામાં ફોટોરેસેપ્ટર્સ પ્રકાશ .ર્જાના એક જ ક્વોન્ટાને પકડવાથી વિદ્યુત સંકેતો ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ છે.

શું ઉત્ક્રાંતિએ આપણા મગજને સુયોગ્ય energyર્જા ઉત્પન્ન કરવા અથવા સુપરપોઝિશન અને ગૂંચવણ જેવી ક્વોન્ટમ ઇફેક્ટ્સનો ઉપયોગ કરીને ચેતાકોષો વચ્ચે માહિતીને પ્રસારિત અને સંગ્રહિત કરવામાં હાઇપર-કાર્યક્ષમ બનાવી છે?

ન્યુરોસાયન્ટિસ્ટ્સ આ શક્યતાની તપાસની શરૂઆતમાં છે, પરંતુ હું એક માટે ક્વોન્ટમ ન્યુરોસાયન્સના નવા ક્ષેત્ર માટે ઉત્સાહિત છું કારણ કે તે મગજની અમારી સમજમાં જડબાના ડ્રોપિંગ સફળતા તરફ દોરી શકે છે.

હું આ એટલા માટે કહું છું કારણ કે વિજ્ scienceાનનો ઇતિહાસ આપણને શીખવે છે કે સૌથી મોટી સફળતા લગભગ હંમેશા એવા વિચારોમાંથી આવે છે, જે કોઈ ચોક્કસ પ્રગતિ થાય તે પહેલાં, અતિ વિચિત્ર લાગે છે. આઈન્સ્ટાઈનની શોધ કે અવકાશ અને સમય ખરેખર એક જ વસ્તુ છે (સામાન્ય સાપેક્ષતા) એક ઉદાહરણ છે, ડાર્વિનની શોધ કે મનુષ્ય વધુ આદિમ જીવન સ્વરૂપોમાંથી વિકસિત થયો છે, તે બીજું છે. અને અલબત્ત, પ્લાન્ક, આઈન્સ્ટાઈન અને બોહરે પ્રથમ સ્થાને ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની શોધ કરી હતી, તે હજી બીજી છે.

આ બધા ભારપૂર્વક સૂચવે છે કે ન્યુરોસાયન્સમાં આવતીકાલની રમત બદલવા પાછળના વિચારો, આજે મોટાભાગના લોકોને અત્યંત બિનપરંપરાગત અને અસંભવિત લાગશે.

હવે, કારણ કે મગજમાં ક્વોન્ટમ બાયોલોજી વિચિત્ર અને અસંભવ લાગે છે તે આપમેળે ન્યુરોસાયન્સમાં આગળની વિશાળ લીપનો સ્ત્રોત બનવા માટે લાયક નથી. પરંતુ મારું માનવું છે કે જીવંત પ્રણાલીઓમાં ક્વોન્ટમ અસરોની erંડી સમજણ આપણા મગજ અને નર્વસ સિસ્ટમ્સ વિશે મહત્વની નવી સમજ આપશે, જો કોઈ અન્ય કારણોસર ન હોય તો, ક્વોન્ટમ દૃષ્ટિકોણ અપનાવવાથી ન્યુરોસાયન્ટિસ્ટ્સ વિચિત્ર જવાબો શોધશે. અદ્ભુત સ્થાનો જે તેઓએ પહેલા ક્યારેય તપાસ કરવાનું વિચાર્યું ન હતું.

અને જ્યારે તપાસકર્તાઓ તે વિચિત્ર અને અદ્ભુત ઘટનાઓ પર નજર નાખે છે, ત્યારે તે ઘટના, કણ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં તેમના ફસાયેલા પિતરાઈ ભાઈઓની જેમ, તેમની તરફ પાછું વળી શકે છે!