Quantum Life propage l'enchevêtrement à travers les générations

Les informaticiens savent depuis longtemps que l'évolution est un processus algorithmique qui n'a pas grand-chose à voir avec la nature des bêtes qu'il crée. Au lieu de cela, l'évolution est un ensemble d'étapes simples qui, lorsqu'elles sont répétées plusieurs fois, peuvent résoudre des problèmes d'une immense complexité ; le problème de la création du cerveau humain, par exemple, ou de la construction d'un œil.

Et, bien sûr, le problème de la création de la vie. Mettez un algorithme évolutif au travail dans un environnement virtuel et il ne faut pas longtemps pour créer des organismes vivants en silicone qui vivent et se reproduisent entièrement dans un environnement informatique virtuel.

Ce genre de vie n'est pas à base de carbone ou même à base de silicium. C'est un phénomène d'information pure. Mais si la nature de l'information permet de simuler le processus d'évolution sur un ordinateur ordinaire, alors pourquoi pas aussi sur un ordinateur quantique ? La vie résultante existerait dans un environnement quantique virtuel régi par les lois bizarres de la mécanique quantique. En tant que tel, il serait totalement différent de tout ce que les biologistes ont jamais rencontré ou imaginé.

Mais quelle forme pourrait prendre la vie quantique ? Aujourd'hui, nous avons un aperçu de cette question grâce au travail d'Unai Alvarez-Rodriguez et de quelques copains de l'Université du Pays basque en Espagne. Ils ont simulé la façon dont la vie évolue dans un environnement quantique et l'utilisent pour proposer comment cela pourrait être fait dans un environnement quantique réel pour la première fois. Nous avons développé un modèle d'information quantique pour imiter le comportement des systèmes biologiques inspiré par les lois de la sélection naturelle, disent-ils.

Les étapes de l'évolution sont bien connues. Elle commence par une population d'individus capables de se reproduire. Ensuite, il doit y avoir un processus de sélection qui permette aux individus mieux adaptés de produire plus de descendants que ceux qui le sont moins. Et il doit aussi y avoir un moyen d'introduire le changement d'une génération à l'autre par mutation aléatoire ou par recombinaison sexuelle.

L'ingrédient final est l'itération. Lorsque ces étapes sont répétées sur de nombreuses générations, les individus qui émergent sont ceux qui ont évolué pour mieux survivre dans l'environnement donné.

Du moins, c'est ainsi que cela fonctionne dans le monde classique à la fois dans des environnements réels et virtuels. Mais le monde quantique est différent. À première vue, il n'est pas tout à fait clair comment quelque chose de similaire pourrait se produire dans un environnement quantique.

Mais Alvarez-Rodriguez et co ont développé un moyen de le faire. Ils commencent par créer des individus quantiques capables de se reproduire dans un environnement quantique.

Ces créatures se composent de deux parties. Le premier joue le rôle d'ADN ; c'est l'information qui est transmise d'une génération à l'autre. Le second joue le rôle du corps de la créature, c'est la partie qui interagit avec l'environnement, vieillit et finit par mourir. Ces parties agissent comme un génotype et un phénotype pour l'organisme.

Les créatures peuvent se reproduire de deux manières. Le premier est asexué - l'ADN quantique se sépare de son corps et est alors disponible pour se joindre à un autre corps quantique pour créer un nouvel individu. Cela crée une copie identique de l'original, mais des mutations peuvent se produire au moyen de processus physiques qui modifient le corps de manière aléatoire entre les vies.

La deuxième voie est la reproduction sexuée. Lorsque deux créatures se rencontrent, elles se reproduisent en échangeant de l'ADN quantique pour produire un nouveau génome contenant des éléments des deux. Ceci est alors disponible pour se joindre à un corps pour créer un organisme avec un génotype entièrement nouveau.

Bien sûr, la mécanique qui régit tout cela est entièrement de nature quantique. L'opération qui transmet l'information d'une génération à la suivante est une forme de clonage quantique qui transfère l'information d'une particule à une autre. La mutation est une sorte d'opération logique, comme une rotation, qui modifie l'information quantique transportée par une particule.

Ce genre de vie aurait des propriétés uniques. L'intrication entre différents individus nous permet de cloner l'information classique et de propager les cohérences quantiques des unités vivantes quantiques initiales aux générations successives, explique Alvarez-Rodriguez and co.

En d'autres termes, le quantum passe d'une génération à l'autre via l'intrication quantique. Ainsi chaque individu et ses descendants partagent un lien puissant puisque les particules intriquées partagent effectivement la même existence.

Mais cela a des conséquences calculatoires importantes. La simulation qui en résulte est si complexe qu'elle ne peut être effectuée sur un ordinateur classique que pendant un petit nombre de générations, ce qui limite considérablement ce que l'on peut apprendre sur la nature de la vie quantique.

Ce qu'il faut, bien sûr, c'est un modèle purement quantique. Et ici, Alvarez-Rodriguez et co disent que cela devrait être possible avec les technologies qui sont disponibles maintenant.

Ils soulignent que les types de vie quantique les plus simples ne doivent consister qu'en deux qubits, l'un représentant le génotype et l'autre représentant le phénotype. Ces qubits doivent simplement être réunis.

Cela devrait être relativement simple avec des ions piégés, par exemple, avec lesquels les physiciens ont une expérience considérable. Dans ce cas, l'information quantique peut être stockée dans les différents niveaux d'énergie d'un ion. Les interactions entre les ions et les qubits qu'ils contiennent peuvent alors être médiatisées via des opérations logiques qui combinent ces états, les font pivoter, etc. Des opérations similaires sont également possibles avec des photons et des qubits supraconducteurs.

C'est un travail intéressant avec un potentiel passionnant. Ce qu'il faut maintenant, c'est quelqu'un avec une installation à ions piégés ou un banc d'optique quantique et quelques heures libres pour s'amuser avec ce genre de modèle. Un tel modèle pourrait explorer comment les individus quantiques évoluent dans des environnements spécifiques.

Une telle expérience a le potentiel de changer la façon dont les chercheurs pensent la vie et, en fait, le quantumness. Chaque fois que l'idée de la vie quantique surgit, une simple question se pose bientôt. C'est ainsi que les expériences de vie quantique peuvent éclairer l'origine de la vie elle-même.

La réflexion sur ce sujet évolue rapidement. Il n'y a pas si longtemps, les biologistes juraient aveuglément que les processus quantiques ne pourraient jamais jouer un rôle dans les mécanismes de la vie ou dans son origine.

Aujourd'hui, ils n'en sont plus si sûrs. Les processus quantiques semblent être au cœur de toutes sortes de phénomènes biologiques tels que la photosynthèse, notre odorat et même la navigation des oiseaux.

Seul un chercheur courageux soutiendrait qu'ils n'ont pas pu jouer un rôle dans l'origine de la vie. Et c'est un travail comme celui-ci qui pourrait aider à explorer cette question importante plus en détail que jamais auparavant.

Réf : arxiv.org/abs/1505.03775 : La vie artificielle dans les technologies quantiques

cacher