"لقد نقل بحثنا هذه الأحداث المذهلة والمعقدة ، المسماة الحياة ، إلى عالم الذرات الميكروسكوبي - وقد نجح".
لأول مرة ، استخدم فريق دولي من الباحثين جهاز كمبيوتر كمومي لخلق حياة اصطناعية - محاكاة للكائنات الحية التي يمكن للعلماء استخدامها لفهم الحياة على مستوى السكان وما دونها ، حتى التفاعلات بين الخلايا.
على الكمبيوتر الكمومي ، أجبرت الكائنات الحية الفردية ، الممثلة على المستوى المجهري باستخدام الموصلات الفائقة ، على "التزاوج" والتفاعل مع البيئة و "الموت" ، ومحاكاة أهم العوامل التي تؤثر على التطور.
الدراسة الجديدة ، التي نشرت في التقارير العلمية ، كانت اختراقة قد تساعد في نهاية المطاف على الإجابة على سؤال ما إذا كان يمكن تفسير أصل الحياة بواسطة ميكانيكا الكم ، وهي نظرية فيزيائية تصف الكون من حيث التفاعلات بين الجسيمات دون الذرية.
إن نمذجة الحياة الاصطناعية الكمومية هي مقاربة جديدة لأحد أسئلة العلماء الأكثر إثارة للقلق: كيف
تأتي الحياة
من المادة الخاملة ، من "
المرق الأساسي " للجزيئات العضوية التي كانت موجودة على الأرض؟
لأول مرة ، تم اقتراح فكرة أن يكون الجواب في مجال الكم في عام 1944 من قبل
إروين شرودنغر في كتابه المؤثر "ما هي الحياة؟". لكن التقدم في هذا المجال تباطأ بسبب الصعوبات في إنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية قوية ، والتي كانت مطلوبة للمحاكاة التي يمكن أن تجيب على هذا السؤال.
تعالج الحواسيب العادية والكلاسيكية ، التي تستخدم أحدها لقراءة هذه المقالة ، المعلومات في شكل بتات ثنائية - وحدات من المعلومات يمكن أن تأخذ قيمتها القيمة 0 أو 1. في المقابل ، تستخدم أجهزة الكمبيوتر الكمومية وحدات البت التي يمكن أن تمثل قيمتها مزيج من 0 و 1. مثل هذه الخاصية ، التراكب ، يعني أن قوة الحواسيب الكمومية واسعة النطاق ستتجاوز بشكل خطير قوة الحواسيب الكلاسيكية.
كان هدف فريق من الباحثين من مؤسسة Basque Science Foundation ، بقيادة Enrique Solano ، هو إنشاء نموذج كمبيوتر يعيد إنتاج عمليات تطور داروين على جهاز كمبيوتر كمومي. للقيام بذلك ، استخدم الباحثون معالجًا كميًا يبلغ حجمه خمسة بتات
طورته شركة IBM ، والذي يمكن الوصول إليه عبر تقنية السحابة.
تحاكي هذه الخوارزمية الكمية العمليات البيولوجية الأساسية ، مثل التكاثر الذاتي ، والطفرات ، والتفاعل بين الأفراد والموت ، على مستوى الكيوبتات. وكانت النتيجة محاكاة دقيقة للعملية التطورية الجارية على المستوى المجهري.
قال لي سولانو بالبريد: "إن الحياة هي سمة مجهرية معقدة تنشأ عن مادة غير حية ، والمعلومات الكمومية هي سمة من سمات الأجسام المعزولة المجهرية التي تحدث في كون صغير جدًا". "لقد نقل بحثنا هذه الأحداث المذهلة والمعقدة ، المسماة الحياة ، إلى عالم الذرات الميكروسكوبي - وقد نجحت".
تم تمثيل الأفراد في النموذج باستخدام كيوبتين. كان أحد الكيتات عبارة عن نمط جيني منفصل ، والشفرة الجينية وراء سمة معينة ، والآخر كان النمط الظاهري ، وهو التعبير المادي لهذه الميزة.
لمحاكاة التكاثر الذاتي ، قامت الخوارزمية بنسخ
التوقع الرياضي (متوسط احتمالية نتائج جميع القياسات الممكنة) من النمط الجيني إلى كيوبت جديد باستخدام
التشابك ، وهي عملية تربط الكوبتات معًا بحيث تتبادل المعلومات على الفور. لمراعاة الطفرات ، أدخل الباحثون تحويلات عشوائية للكيوبتات في كود الخوارزمية واستخدموها للكيوبتات من النمط الجيني.
ثم قامت الخوارزمية بنمذجة التفاعل بين الأفراد وبيئتهم ، والتي تمثل الشيخوخة والموت. وقد تم ذلك عن طريق نقل نمط جيني جديد من خطوة التكاثر الذاتي إلى كيوبت آخر باستخدام التشابك. يمثل الكيوبت الجديد النمط الظاهري للفرد. يعتمد عمر الفرد - الوقت الذي تستغرقه المعلومات لتتحلل أو تتبدد أثناء التفاعلات مع البيئة - على المعلومات المشفرة في النمط الجيني.
أخيرا ، تفاعل هؤلاء الأفراد مع بعضهم البعض. وهذا يتطلب أربعة كيوبتات (نوعان وراثيان واثنان من التراكيب الظاهرية) ، لكن الأنماط الظاهرية تتفاعل وتتبادل المعلومات فقط إذا استوفت معايير معينة مشفرة في كيوبتاتهم الجينية.
أنتج التفاعل فردًا جديدًا ، وتكررت العملية مرة أخرى. في المجموع ، كرر الباحثون هذه العملية أكثر من 24000 مرة.
وكتب الباحثون: "تصرف أفرادنا الكميون تحت تأثير محاولات التكيف في إطار التطور الكمي لداروين ، الذي ، في الواقع ، نقل المعلومات الكمية من خلال أجيال من حالات أكبر متشابكة متعددة الوحدات".
الآن بعد أن تم عرض عمل خوارزمية الحياة الاصطناعية الكمومية ، ستكون الخطوة التالية هي توسيع نطاقها للعمل مع عدد كبير من الأفراد وتوسيع قدراتهم. على سبيل المثال ، أخبرني سولانو أنه وزملاؤه يعملون على إمكانية إضافة "الخصائص الجنسية" إلى الكيوبت من أجل دراسة التفاعلات الاجتماعية والجنسية على مستوى الكم.
قال سولانو: "يمكننا أن نجد أنه من الأفضل أن يكون لديك جنسان ، أو ربما ليس واحدًا ، من أجل مصلحة الأنواع ، وبقائها وتطورها".
بالإضافة إلى ذلك ، قال سولانو إنه وزملاؤه يريدون زيادة عدد التفاعلات التي تحدث بين الأفراد في المحاكاة. لكن ذلك يعتمد على قدرات أجهزة الكمبيوتر نفسها.
على الرغم من أن الحوسبة الكمومية قد خطت خطوات كبيرة في الرموز الحديثة ، إلا أنه لا يزال أمامها طريق طويل جدًا - ويرجع ذلك أساسًا إلى الطبيعة المتقلبة للكيوبتات. فهي حساسة للغاية للضوضاء. لا يمكن تنفيذها إلا في أنظمة معقدة ومكلفة يمكنها حمايتها من التأثيرات الخارجية ، وهذا يعني عادة وجود العديد من أشعة الليزر والمواد الغريبة ودرجات الحرارة المنخفضة للغاية.
ولكن حتى بعد كل هذه الحيل ، فإن عمل عدة عشرات من الكوبيتات معًا يعد مهمة صعبة. هذا العام ، سجلت Google بالفعل رقمًا قياسيًا
بمعالج 72 بت ، لكنها لا تزال بعيدة جدًا عن التفوق الكمي الحقيقي ، وهي النقطة النظرية التي يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أن تتقدم فيها على أقوى أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية على الأرض.
على الرغم من أن تقنيات الكمبيوتر اللازمة لتحقيق التفوق الكمومي لم تظهر بعد ، إلا أن عمل Solano وزملائه يمكن أن يؤدي ، من حيث المبدأ ، إلى ظهور أجهزة كمبيوتر كمومية يمكنها محاكاة التطور المستقل دون أن تطلب منهم أولاً كتابة خوارزمية كتبها الناس.