Техно новости и обзоры

  • Главная
  • Карта сайта

14

Авг

Квантовая запутанность обнаружена в ДНК

Квантовая механика уже достаточно глубоко проникла в смежные научные области. В попытке объяснить в терминах квантовой теории саму жизнь она даже породила свою собственную биологию. Но до сих пор никто не решался прямо утверждать, что эффект запутанности лежит в самой сердцевине живых существ – внутри спирали ДНК.

Новорождённая квантовая биология официально не признана научной дисциплиной. Однако она уже превратилась в одну из самых интересных и захватывающих тем передовых исследований. Например, раскрывающих важную роль квантовых эффектов в ряде биологических процессов, как в фотосинтезе. Новое исследование провела группа физиков из Национального университета Сингапура. Элизабет Рипер и её коллеги исходили из того, что двойная спираль ДНК не распадается именно благодаря принципу квантовой запутанности (сцепленности).

Чтобы проверить свою смелую теорию, учёные построили упрощённую теоретическую модель ДНК на компьютере. В ней каждый нуклеотид состоит из облака электронов вокруг центрального положительно заряженного ядра. Это «негативное» облако может двигаться относительно ядра, создавая диполь. При этом смещение облака туда и обратно приводит к образованию гармонического осциллятора.

Рипер с коллегами заинтересовались, что же произойдёт с колебаниями облаков (фононами), когда пары оснований создадут двойную спираль ДНК. По мнению учёных, при формировании пар нуклеотидов их объединённые облака теоретически должны колебаться в противоположном направлении с облаком от соседней пары, чтобы обеспечить стабильность всей структуры.

Поскольку фононы, по сути, являются квантовыми объектами, они могут существовать в виде суперпозиции состояний и умеют «запутываться». Учёные начали с того, что предположили отсутствие любых тепловых эффектов, влияющих на спираль извне. «Очевидно, что цепочки попарно связанных гармонических осцилляторов могут быть запутаны лишь при нулевой температуре», – говорит Рипер.

В своей пока неопубликованной научными изданиями статье физики приводят доказательство, что эффект запутывания в принципе, может возникнуть и при комнатной температуре.

А возможно это потому, что длина волны у описанных фононов близка к размерам спирали ДНК. Это позволяет формироваться так называемым стоячим волнам (феномен, известный как фононный захват). После этого фононы не могут «сбежать».

Данный эффект не будет иметь особенного значения для гигантской молекулы, если только он не распространяется на всю спираль. Однако компьютерное моделирование, проведённое Рипер со товарищи, демонстрирует – эффект и вправду колоссален.

Каждое электронное облако в паре оснований не просто колеблется согласованно с движениями соседей — фононы при этом находятся в суперпозиции состояний. А общая картина всех таких колебаний в ДНК описывается квантовыми законами: вдоль всей цепочки нуклеотиды-осцилляторы колеблются синхронно – это проявление квантовой сцепленности. Общее же движение спирали оказывается равным нулю.

Если пытаться описать эту модель исключительно в рамках классической физики, то ничего из перечисленного произойти не сможет: «классическая» спираль должна хаотично вибрировать и распадаться на части.

По мнению исследователей, именно квантовые эффекты ответственны за «склеивание» ДНК. Но, как и в случае с теорией космической ряби – амбициозной «сестрой-близнецом» нынешней работы (правда, занятой объектами макромира), – главный вопрос не оригинален: как этот вывод доказать?

Ответа пока нет. Команда Рипер в конце своей статьи интригует мыслью о том, что запутывание каким-то образом напрямую влияет на способ «считывания» информации из ДНК. Дескать, в будущем это удастся проверить и использовать экспериментально. Как именно – пока никто даже не предполагает.

Несмотря на некоторую долю спекулятивности, выдвинутое физиками предположение взбудоражило многие умы. Ведь квантовые эффекты уже находили в самых неожиданных местах, например в электрической цепи, но пока никто не замахивался на претензии такого масштаба – микроскопического и в то же время невероятно важного.

В свете изложенного, тратящий массу сил на запутывание нескольких кубитов в твёрдом теле человек выглядит забавно, поскольку не подозревает, что самым ярким примером такой системы является он сам.

Возможно заинтересует:

  • Поповкин: у РФ осталось 3-4 года на реформу космической отрасли
  • News Corp и Microsoft объединятся против Google
  • Углеродные нанотрубки увеличивают рост растительных культур
  • Предложена теория обогрева планет тёмной материей
  • К чему приведёт социализация интернета?

Свежие записи

  • Поповкин: у РФ осталось 3-4 года на реформу космической отрасли
  • News Corp и Microsoft объединятся против Google
  • Углеродные нанотрубки увеличивают рост растительных культур
  • Предложена теория обогрева планет тёмной материей
  • К чему приведёт социализация интернета?

Архивы

  • Март 2023
  • Февраль 2023
  • Январь 2023
  • Декабрь 2022
  • Ноябрь 2022
  • Октябрь 2022
  • Сентябрь 2022
  • Август 2022
  • Июль 2022
  • Июнь 2022
  • Май 2022
  • Апрель 2022
  • Март 2022
  • Февраль 2022

Последние записи

  • Поповкин: у РФ осталось 3-4 года на реформу космической отрасли
  • News Corp и Microsoft объединятся против Google
  • Углеродные нанотрубки увеличивают рост растительных культур
  • Предложена теория обогрева планет тёмной материей
  • К чему приведёт социализация интернета?
  • Охота в глобальном масштабе: Похолодание от вымирания
  • Поиск и участие в тендерах
  • Дельфины страдают от кессонной болезни
  • Meizu 16s на новых живых фото за считанные часы до премьеры
  • Смартфоны Google Pixel 3a и Pixel 3a XL представлены официально
  • Случайные записи

    • Есть ли жизнь после Windows?
    • Госдума готова принять законопроект об оборонзаказе
    • Марихуана облегчает боли у больных СПИДом
    • Как кофе разделяет нас на два лагеря
    • Apple представила новые iPhone 6s и iPhone 6s Plus
    • Метан может заменить нефть уже через пять лет
    • Ужас из глубин: российские мини-подлодки «Пиранья»
Все права защищены © 2022 Техно новости и обзоры.