Het eerste meercellige organisme dat kwantumverstrengeld is

Het is een bijna verbazingwekkend experiment dat onderzoekers van de Nanyang Technological University in Singapore zojuist hebben bereikt: de kwantumverstrengeling van tardigrades met supergeleidende qubits! Deze prestatie is de eerste keer dat een meercellig organisme is blootgesteld aan een dergelijk kwantumfenomeen. In het laatste experiment overleefde het dier zelfs de zware omstandigheden die eraan werden opgelegd. Ja, het kiezen van tardigrades voor dit onderzoek is natuurlijk niet riskant.

Kwantumverstrengeling (of verstrengeling) is een fenomeen van de kwantummechanica dat nog gedeeltelijk wordt begrepen waarbij twee deeltjes (of groepen deeltjes) een verwant systeem vormen. Dus wat de afstand tussen hen ook is, hun kwantumtoestanden (1, 0 of beide tegelijk) zijn gerelateerd. In deze zogenaamde “verstrengeling”-toestand zijn er correlaties tussen de fysieke eigenschappen van de twee deeltjes.

Tardigrades bestaan ​​niet meer, maar een kleine herinnering kan altijd van pas komen … Deze prachtige wezens, ook wel “waterberen” genoemd vanwege hun grappige uiterlijk, staan ​​vooral bekend om hun verbazingwekkende veerkracht, in staat om te overleven in extreme temperaturen en drukken. ook al au ruimtelijke video. Om al deze redenen kunnen deze microscopisch kleine dieren De eerste interstellaire reizigers.

Een van de geheimen van deze gegarandeerde weerstand tegen tardigrades is hun vermogen om in een staat van ernstige watervrije toestand te komen, soms “winterslaap” genoemd, die zich voorbereidt op bijna volledige uitdroging (door tot 95% van het water te elimineren). In dit geval “tun” genoemd, zien ze eruit als kleine trommels, vandaar de gekozen naam. Het feit dat deze wezens zulke zware omstandigheden kunnen weerstaan, geeft aan dat hun weerstand te wijten is aan de volledige stopzetting van hun metabolische processen. Als gevolg hiervan waren tardigrades, volgens Rainer Domke (hoofdauteur van de studie) en collega’s, ideale kandidaten om de eerste meercellige organismen te worden die kwantumverstrengeling tolereren.

Kwantumverstrengeling van levende wezens: een uitdaging die ons begrip te boven gaat

Voor het experiment plaatsten de onderzoekers tardigrades (van de soort) Ramazzottius varornatus) indien ingesteld tussen twee supergeleidende bits (het equivalent van een bit in klassiek computergebruik). Het dier is gebonden door een qubit-lading supergeleidende kruising (Qubit B). De tweede qubit (Qubit A) was alleen gerelateerd aan de capaciteit (condensator) van de qubit B.

Toen de elementen van het experiment eenmaal op hun plaats waren, verlaagden ze de druk en temperatuur totdat ze een bijna volledig vacuüm en bijna absoluut nulpunt bereikten (-273,15 ° C is de temperatuur van het absolute nulpunt, dwz 0 K), waardoor externe forcering werd verminderd ( excitatie) op de qubit en tardigrade . Deze chemisch “bevroren” toestand maakte het mogelijk om het hele systeem natuurkundig te beschrijven en te manipuleren, zonder rekening te hoeven houden met het biologische aspect van tardigrades.

Om te bepalen of een verstrengelingstoestand werd bereikt tussen tardigrades en qubits, maten de onderzoekers het aantal keren dat de tardigrade en qubit-combinatie trilde. Resultaat: de berekeningen (op basis van metingen) hebben alleen zin als wordt aangenomen dat de twee objecten zich in een staat van kwantumverstrengeling bevinden. In feite zou je kunnen zeggen dat twee deeltjes verstrengeld zijn als de ene niet volledig kan worden beschreven zonder informatie over de andere, wat hier het geval was.

De onderzoekers konden dus voor het eerst ter wereld bevestigen dat de verstrengelingstoestand is bereikt en tot op zekere hoogte de fysieke eigenschappen van de kwantumqubit en het meercellige organisme correleren. De details van het experiment zijn gepubliceerd op de pre-publish server arXiv.

Na hun metingen te hebben gedaan, decomprimeerden en verwarmden de onderzoekers de tardigrades langzaam, waardoor ze uit een ontspannen toestand kwamen en ze weer tot leven brachten. Maar de records van deze super tardigrades houden daar niet op: de temperatuur in kwestie (die amper 0,01°C boven het absolute nulpunt lag) was de laagste tardigrade die ooit heeft overleefd! Opgemerkt moet worden dat deze tardigrade de derde kandidaat was die het experiment onderging en dat de eerste twee het niet overleefden vanwege de zeer snelle verwarming.

Volgens de onderzoekers in de nieuwe studie toont dit experiment aan dat het dier inderdaad in een staat van metabolisme verkeerde, omdat elk actief chemisch proces geen kwantumverstrengeling zou toestaan. Deze stopzetting van het metabolisme van de tardigrade wordt echter nog steeds besproken binnen de gespecialiseerde wetenschappelijke gemeenschap, waarbij sommigen beweren dat een lagere metabolische activiteit in het geval van tonijn blijft bestaan.

Hoewel tardigrades zeker leefden voor en na de verstrengeling, is het betwistbare punt of hij tijdens de verstrikking leefde en hoe hij precies verstrikt was geraakt. Om nog maar te zwijgen van het feit dat je bij dit soort experimenten volgens de onderzoekers nooit weet welk deel van het organisme echt bij de verstrengeling betrokken is. Ondanks deze technische obstakels hopen Domek en zijn team in de toekomst andere levensvormen met elkaar te verweven.

Wat betekent dit alles concreet voor onderzoek? Ten eerste moet worden opgemerkt dat het handhaven van een kwantumtoestand die compatibel is met vrijheidsgraden voor een meercellig biologisch systeem ter grootte van tardigrades, een prestatie is… De eerste stap om te bestuderen hoe deze kwantumverschijnselen, die we net beginnen te begrijpen vanuit een microscopisch gezien, handelen en interageren op grotere schaal, en in het bijzonder met en met levende wezens.

bron : arXiv