Природа против Google: бактерии освоили квантовые вычисления при комнатной температуре

Выпускник Массачусетского университета, а ныне профессор Йельского университета Нихил Малванкар когда-то занимался исключительно квантовой механикой и движением электронов в сверхпроводниках. Сегодня его интересы сместились в сторону биологии: он пытается понять, как бактерии глубоко под землей дышат без кислорода.

В лаборатории Института микробиологии Йеля команда Малванкара выяснила, что микроорганизмы используют эволюционный «трюк» — тончайшие белковые нити, называемые нанопроводами. С их помощью бактерии избавляются от лишних электронов, образующихся при переработке органических отходов в электричество. Этот процесс учёные образно назвали «бактериальным снорклингом»: электроны могут проходить расстояния, во сто раз превышающие размеры самих бактерий.

Ранее исследователи уже описали строение нанопроводов и их роль, но скорость движения электронов оставалась загадкой. Биологические теории не могли её объяснить, и Малванкар вновь обратился к квантовой физике. В сотрудничестве с Уильямом Парсоном из Университета Вашингтона его группа показала, что электроны не «прыгают» по молекулярным структурам, а «скользят» по энергетическим волнам. Их работа вышла на обложке журнала The Journal of Physical Chemistry Letters.

Учёные наблюдали, что электроны ведут себя как когерентная волна, способная быстро перемещаться сквозь материал даже при комнатной температуре. По мнению авторов, это одни из первых прямых доказательств проявления квантовой механики в процессе дыхания живых организмов.

Открытие имеет большое значение не только для понимания биологии, но и для будущего квантовых технологий. Сегодня квантовые компьютеры требуют сверхнизких температур, близких к минус 260 °C, чтобы электроны могли взаимодействовать между собой. Но бактерии, похоже, справляются с этим при обычной температуре. Если разгадать этот механизм, можно будет перенести принципы природы в создание более доступных и эффективных квантовых устройств.

Малванкар подчеркивает: «В биологии мы редко думаем о квантовой механике, поэтому результат стал настоящим сюрпризом. Природа часто находит простые решения самых сложных задач. Возможно, именно она подскажет нам путь к следующему скачку в развитии квантовых компьютеров».