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我们的大脑究竟是不是一台“量子计算机”？

此前，诺奖得主罗杰・彭罗斯就提出过大胆猜想，认为大脑产生意识的原理与量子计算有关，但理论一出，质疑就铺天盖地而来。

支持这一理论的科学家们，这些年一直在寻找证据。

现在，终于又有一项新研究发现，我们的大脑在进行短期记忆等行为时，或许确实在悄悄做量子计算。

研究人员设计了一种特殊的测量方法，原理上是利用两个已知的量子系统与需要测量的系统进行相互作用。

如果待测量系统对两个量子纠缠的系统产生影响，则说明这个系统很可能也是量子系统。

现在，对大脑中负责意识功能的区域进行这种测量后，研究人员找到了他们想要的证据。

利用磁共振检测大脑信号

具体来说，这项研究采用了一种基于多量子相干的磁共振成像方法。

磁共振成像能基于核磁共振原理，检测构成物体原子核的情况，进而推断组成物质的分布、种类、数量、化学环境等，据此绘制成整个物体内部的结构图像。

为了排除量子关联等影响，研究者们还对核磁共振信号进行了处理。

通过这种方法，在测量了 40 个人（18~46 岁之间）的大脑信号后，研究人员在大部分人的大脑区域中都测量出了一种诱发脑电信号。

这类信号有点像心跳诱发脑电位信号（HEPs，大脑感应心跳的信号），都依赖于大脑意识的产生，主要与短期记忆与意识感知相关。

然而正常来说，基于多量子相干的核磁共振根本没办法检测到诱发脑电信号，因为这些信号与任何经典的核磁共振信号都没有相关性。

对此研究人员推测，这一现象用量子纠缠解释是最合理的，进一步来说，这也意味着这些大脑功能与量子计算相关。

这项研究来自都柏林圣三一大学，目前被发表在《Journal of Physics Communications》（JPCO）上。

当然，这一研究结论究竟是否可信，还得交给学界反复验证。

对于研究本身，研究人员表示：

如果我们大脑确实像一台量子计算机，那它或许可以解释为什么我们在未知的环境中、做决策或学新东西时仍然比超算要快。

为什么说人脑可能是个量子计算机？

关于人脑可能是量子计算机这个理论，还得从 1989 年说起。

当时因黑洞研究已小有名气的数学物理学家罗杰・彭罗斯 （Roger Penrose），和意识研究教授斯图尔特・哈梅罗夫一起提出了一种在当时的科学家看来“非常荒谬”的猜测。

他们认为，人脑的意识与细胞中一个叫微管的结构有关，意识的产生是微管中量子引力效应的结果，后来彭罗斯甚至还写了本书叫《皇帝新脑》。

这个猜测一提出，就遭遇了大批科学家的反对。虽然彭罗斯对黑洞方面的巨大贡献使他获得了诺奖，但对于他在人脑和量子计算方面的理论，不少科学家却并不认同。

但这种新奇的思路也吸引了一些科学家的注意力，他们一直在继续这方面的研究。

2016 年，获得过凝聚态物理最高奖巴克利奖的科学家马修・费舍尔（Matthew Fisher），再次提出了人脑与意识相关的理论 ——

他认为，大脑的工作原理很可能与量子计算机一致，而磷原子的核自旋则相当于大脑的量子位（qubits，又称量子比特，是量子信息的基本计量单位）。

他还把人脑意识与量子计算相关理论的学科命名为量子神经科学。

对于“人脑可能是量子计算机”这个研究方向的未来，马修・费舍尔表示：

或许有一天，学界会彻底放弃“人脑认知与量子计算存在联系”这一思路。

但换个角度想，如果我们通过研究能彻底排除“量子力学与人脑认知存在关系”这种可能性，对学界也是很有意义的。

论文地址：

• https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2399-6528/ac94be/pdf

参考链接：

• [1]https://phys.org/news/2022-10-brains-quantum.html

• [2]https://tech.huanqiu.com/article/9CaKrnK0VTB

本文来自微信公众号：量子位 （ID：QbitAI），作者：萧箫