A biologia está bilhões de anos à frente da tecnologia: descobriu-se que células vivas têm a capacidade de realizar computação quântica

Células vivas podem processar informações usando mecanismos quânticos muito mais rápido do que a sinalização bioquímica clássica, de acordo com uma nova pesquisa de Philip Kurian, físico teórico e diretor fundador do Laboratório de Biologia Quântica (QBL) da Universidade Howard, em Washington, D.C., publicada no periódico Science Advances.

Fonte da imagem: The Quantum Insider

Como se sabe, os sistemas de computação quântica são sensíveis a perturbações e ruídos estranhos e, para minimizá-los, os computadores quânticos devem operar em temperaturas ultrabaixas. É geralmente aceito que apenas objetos pequenos, como átomos e outras partículas, normalmente exibem propriedades quânticas. Os sistemas biológicos, por outro lado, são um ambiente hostil para a computação quântica: eles são relativamente quentes e caóticos. Além disso, seus componentes básicos, como as células, são enormes quando comparados aos átomos.

A pesquisa de Kurian quebra estereótipos estabelecidos. No ano passado, a equipe de Kurian descobriu “um efeito distintamente quântico em polímeros de proteínas em solução aquosa”. Como observou o professor Marco Pettini, da Universidade de Aix-Marseille e do Centro de Física Teórica do CNRS (França), “a confirmação experimental da superradiância de fóton único na arquitetura biológica onipresente em equilíbrio térmico abre muitas novas direções de pesquisa em óptica quântica, teoria da informação quântica, física da matéria condensada, cosmologia e biofísica”.

De acordo com o estudo, a molécula-chave que permite à célula processar informações quânticas é o triptofano. É um aminoácido encontrado em muitas proteínas que absorve luz ultravioleta e a reemite em um comprimento de onda maior.

Grandes redes de triptofano são formadas em microtúbulos, fibrilas amiloides, receptores transmembrana, capsídeos virais, cílios, centríolos, neurônios e outros complexos celulares. A confirmação da superradiância quântica QBL nos filamentos do citoesqueleto (a estrutura celular) tem uma consequência importante: todos os organismos eucarióticos (cujas células contêm um núcleo formado) podem usar esses sinais quânticos para processamento de informações.

Para decompor os alimentos, as células que realizam respiração aeróbica usam oxigênio e geram radicais livres que podem emitir partículas de radiação ultravioleta destrutivas e de alta energia. O triptofano pode absorver radiação ultravioleta e reemiti-la com menos energia. E, como o estudo QBL mostrou, redes muito grandes de triptofano tornam esse processo ainda mais eficiente e confiável graças aos poderosos efeitos quânticos.

A superradiância nos filamentos do citoesqueleto ocorre em cerca de um picossegundo — um milionésimo de microssegundo. Essas redes de triptofano podem funcionar como fibras ópticas quânticas, permitindo que células eucarióticas processem informações bilhões de vezes mais rápido do que usando apenas processos químicos.

Como observaram os pesquisadores, organismos aneurais, incluindo bactérias, fungos e plantas, que compõem a maior parte da biomassa da Terra, realizam cálculos complexos. E como eles surgiram no planeta muito antes dos animais, eles realizam a grande maioria da computação baseada em carbono na Terra.

O trabalho de Kurian atraiu a atenção de desenvolvedores de computação quântica porque a realização de efeitos quânticos em um ambiente “ruidoso” torna a tecnologia de informação quântica mais robusta.

Os resultados do estudo também foram comentados pelo físico quântico Seth Lloyd, professor de engenharia mecânica no Instituto de Tecnologia de Massachusetts. “Isso serve como um lembrete de que os cálculos realizados por sistemas vivos são muito mais poderosos do que os cálculos realizados por sistemas artificiais”, disse ele.