原标题：我们的大脑很可能就是一台高度发达的量子计算机
人的大脑可能在像量子计算机一样运作，嗯？不是说人的大脑像计算机吗，怎么又扯上了量子计算机呢？
加州大学圣巴巴拉分校的物理学家 Matthew Fisher 在《物理学年鉴》上发表了一篇论文，文中提出磷原子的核自旋可以作为大脑中的初级“量子比特”(也叫作量子位，qubit)，这使大脑能够像一个量子计算机那样运作。
简单说就是大脑中的磷原子相当于量子计算机中的量子位，如果这个假设得以验证，那么就可以说人的大脑像量子计算机一样工作。
继而，他又想到，人类大脑是台量子计算机，那么量子物理能解释意识吗?
起初听到 Fisher 的假设，几乎所有业内人士都说，这不可能，这老头是疯了。
Matthew Fisher
十多年的时间里，人们都认为 Fisher 是在胡说八道。也曾有过科学家将人的大脑与量子效应结合起来，但无一例最终得以证实。
较为著名的时间就是 1989 年 Roger Penrose 提出一种叫做“微管”的神秘蛋白质结构，他认为微管可以利用量子效应在人类意识中发挥作用。但最终也未能自圆其说。
加利福尼亚大学圣地亚哥的神经哲学家 Patricia Churchland 评价了 Roger 的想法。他认为这个假说完全就是用“突触中的小精灵”来解释人类的认知。
解释一下，“突触中的小精灵”意为除非拥有发生童话故事中那样魔法力量，不然 Roger Penrose 假说中的情况不可能发生，其实就是在讽刺 Roger Penrose 假说的荒谬。
然而现在 Fisher 似乎又步了 Roger 的后尘，提出假说得能够验证才能让人们信服，但是大家都知道验证的过程是十分困难的。
这就得提到一种称为量子退相干的现象 。这么说吧，要想搞出一个可以用的量子计算机，需要连接量子比特，(量子比特能够存储大量的信息)连接量子比特这个过程被称之为量子纠缠。
但是纠缠的量子处于十分脆弱的状态 。它们必须小心翼翼，免受周围环境中的任何干扰。
在量子系统中，只要有一个光子触碰到量子比特，就足以使整个系统消散，量子状态就会“退相干”成一个平淡无奇的普通状态，存储在量子状态中的信息就会损失掉，消散在周围的环境中。
这也是为什么到现在为止量子计算机还停留在实验室里的原因，况且实验室条件下进行量子处理都极具挑战性，把这活儿搬到大脑中那简直就是天方夜谭。
我们都知道，大脑环境温暖潮湿，但是量子需要极低的温度才能工作，大脑里晃荡拥挤的分子就像一锅热汤，几乎不可能维持相干状态。
这也是为什么多数科学家对此假设嗤之以鼻的原因。但是由于科学的飞速进步，越来越多的证据表明某些生物系统可能采用量子力学。
例如，在光合作用中，量子效应可以帮助植物将阳光变成燃料 。科学家们还提出，候鸟有一个“量子指南针”使之能够利用地球的磁场进行导航，抑或人类的味觉可能也源自于量子力学。
Fisher 提出的这个假设糅合了核和量子物理，有机化学，神经科学和生物学等多个学科。随着时间的推移，他的假说居然也开始被一部分人接受了。
加利福尼亚理工学院物理学家 John Preskill 写道，“那些读了他的论文的人或许会得出这样的结论：这个老家伙不是那么疯狂。他可能意识到了一些事情，至少他提出了一些非常有趣的问题”。
科学嘛，得靠事实说话，不管别人信与不信，你把实验搞出来，成果说明一切。所以，Fisher 组建了一个团队来进行实验室测试，以期回答所有人关于这个问题的质疑。
Fisher 出生于物理学世家，他的父亲 Michael E. Fisher 是马里兰大学帕克学院一名杰出德邦物理学家，纵观他父亲的整个职业生涯，其在统计物理学方面的工作获得了诸多荣誉和奖励。
他的兄弟 Daniel Fisher 是斯坦福大学的应用物理学家，专攻进化动力学。
Matthew Fisher 一直紧跟他们的脚步，朝着成为一名杰出的物理学家而不断努力。就在 年，他还因量子相变的研究获得了奥利弗巴克利奖。
注意了，Fisher 之前一直研究的室主流物理学，但是现在他要研究的问题是糅合了生物学，化学，神经科学和量子物理学的领域，这得说起 Fisher 一次自己与抑郁症的斗争的经历，让他做出了如此转变。
Fisher 记得，1986 年 2 月那天早上，当他醒来时感觉到十分麻木和泄气，仿佛一个星期都没有睡觉。
他说：“我觉得我就跟吸毒了一样”。睡得再多也都没有用，调整饮食和运动方式也完全是徒劳，但是血液测试却显示没有什么毛病，一切正常。就这样，他的病情整整持续了两年。
他说：“每当我醒来，偏头痛的感觉遍布整个身体”。他的状况十分糟糕，甚至考虑过要自杀，直到他第一个女儿的诞生，这给了他一个继续与抑郁症进行抗争的理由。
最后，他还是找了一个精神病医生给他开了三环类抗抑郁药，三个星期之后，他的精神状态便有所好转。
Fisher说：“厚厚的雾完全笼罩着我，使我无法看到太阳，但那云却不是太密集，我能从它的背后看见光”。
九个月后，他仿佛重获新生，尽管药物有着一些明显的副作用，比如说致使他的血压升高。
后来，他转而使用百忧解(含 fluoxetine 氟西汀，也是一种抗抑郁药)，并就不断监测和调整自己的特殊药物治疗方案。
Fisher 自身的经历使他确信这些药是有效的。但是为什么这种有会发挥作用呢？Fisher 很好奇，他出身于物理学专业，便开始思考在大脑中量子处理的可能性。
他发现所有的精神药物都由复杂的分子构成，他挑选了一种最简单的锂原子进行研究。Fisher 说，这种类比还是比较恰当的，因为锂原子是一种围绕原子核的电子球。
他指出，一般从当地药房买到的处方药，锂很常见，叫做锂-7 同位素。他又想到，锂-7 同位素和更罕见的锂-6，是否会产生相同的结果？
理论上应该是会产生同样的结果，因为两种同位素在化学上完全一致，它们的区别仅在于核中的中子数。
当 Fisher 梳理文献时，他发现了一个锂-6 和锂-7 效果的对比实验。1986 年，康奈尔大学的科学家研究了两种同位素对老鼠行为的影响。
实验把怀孕的老鼠分成三组：一组给予锂-7，一组给予同位素锂-6，第三组作为对照组。
一旦幼仔出生，再观察它们清洁、起居、护理幼崽、筑巢、进食等活动，结果显示，喂养锂-6 的大鼠活性显著高于对照组或饲喂锂-7 的大鼠。
这难倒了 Fisher。这两种同位素的化学性质不仅相同，原子质量的细微差别在很大程度上也会被体内环境所消除。那么，什么可以解释研究人员所观察到的这些老鼠在行为上的差异？
Fisher 认为，秘密可能在于核自旋，这是一个量子力学性质，简单地说，自旋度量了原子核能“感觉”到多少电场和磁场的程度。
自旋越大，相互作用力就越大。如果一个原子核具有最低可能的自旋值，那么它与电场之间几乎没有任何相互作用，仅有一个非常小的磁场作用。
因为锂-7 和锂-6 拥中子数量不同，所以他们的自旋也是不同的。因此，就想达到量子认知的目的的话，锂-7 脱离的速度太快了，而锂-6 原子核自旋更加稳定，能够保持更长的时间。
由此，Fisher 发现锂-7 和锂-6 是两种对量子自旋来说很重要的物质，而它们所产生的结果也是不同的。由此，便在一定程度上说明了量子处理可能确实在人的认知过程中发挥作用。
但这终究还只是假设，实验做起来就不那么容易了。大脑需要一些机制来让存储在量子比特中的量子信息保存足够长的时间。
必须有一个多量子比特纠缠机制，使得量子纠缠能够通过有可行的化学手段，在某种程度上影响神经元。还必须找到一些方法让传输量子信息的量子比特存储在大脑中。
经历了五年的研究，Fisher 找到的唯一可能在大脑中存储量子信息的就是磷原子。
磷原子是一种除氢之外常见的生物元素，之所以选出它是因为它的自旋量很低，可能保持足够长相干时间。
虽然磷不能独立地产生稳定的量子比特，但是把磷和钙离子进行集群，它的相干时间可以进一步延长。
1975 年，康奈尔大学科学家 Aaron Posner 注意到在他 X 光片中的骨头上，钙和磷原子奇怪地集群在一起。
后来这称为波斯纳分子或波斯纳集群(Posner molecule or cluster)的磷酸钙结构，这个结构包括九个钙原子和六个磷原子。
在 2000 年，当科学家模拟体液中的骨生长时再次观测到这种集群，并注意到它们在体液中漂浮。
随后的实验中，同样发现了人体内存在波斯纳集群的证据。Fisher 认为波斯纳分子也可以作为大脑中的天然量子比特。
Fisher 进行实验，他首先在含有焦磷酸盐的化合物的细胞中开始，细胞由两个键合在一起的磷酸盐组成，每个磷酸盐又由被多个氧原子围绕且具有零自旋的磷原子组成。
磷酸盐自旋之间的相互作用会使之纠缠。它们可以以四种不同的方式配对：其中三种组态会叠加成为一个总自旋(“三重态”，仅是一种微弱的纠缠状态)。
但是第四种可能会产生零自旋或“单重态”，这种状态会产生这对于量子计算至关重要的最大化量子纠缠。
Fisher 认为，“单重态”的情况下会发生得更快。这些离子就可以依次与钙离子和氧原子结合成为波纳斯分子。
钙和氧原子都不具有核自旋，因此总体保持了 1/2 自旋对于延长相干时间来说是至关重要的。
这样波纳斯分子就能免受外界干扰而长时间维持纠缠态，Fisher 估计波纳斯分子的纠缠态大约会维持几个小时，几天甚至几个星期。
于是，经历了重重困难之后，Fisher 终于找到了大脑中那个“量子位”，并且模拟除了大脑中的“量子纠缠”。
在这种情况下，量子纠缠可以大面积覆盖大脑从而影响神经递质的释放和神经元之间突触的传递。
Fisher 已经申请了资金以进行更深入的量子化学实验。他聚集了一小部分来自加州大学圣塔芭芭拉分校和加利福尼亚大学旧金山分校各个学科的科学家，大家一起合作研究。
首先，他想调查磷酸钙是否真的形成稳定的波纳斯分子，以及这些分子的磷核自旋是否可以纠缠足够长的时间。
至今，还有大量科学家提出反对一件，物理学家 Olaya Castro 说“我认为他需要考虑获得更长相干时间的可能是其他分子，至少我认为波斯纳分子不是，当然这并不意味着他的整个假说是错误的，我期待着听到一个合理的解释”。
确实，Fisher 的假说还有很多值得推敲之处，比如，波纳斯分子的结构是否对称？核自旋是如何独立运行？
不过，科学研究向来不容易，若是问题很容易就解决了，岂不是是个物理学家都能得诺贝尔奖了，期待 Fisher 的进一步探索。返回搜狐，查看更多
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