С пециалисти от Университета на Страната на баските (Испания) първи в света са създали квантова версия на изкуствения живот и представиха първите примери за квантова еволюция, които ще позволят на физиците да разберат как възниква сложността на квантовия свят, както и да отговорят на някои въпроси за това как се е появил органичният живот в класическия свят.
Компютърните специалисти отдавна се заиграват с изкуствени форми на живот, създадени от компютърен код. В цифровата симулация на живота всичко се случва по същия начин, както в органичния свят. Най-стабилният и адаптиран към околната среда код оставя голямо "потомство" под формата на вторични кодове, а неадаптириният умира. С други думи, кодът еволюира. По примера му може да изучават различни аспекти на еволюцията и възникването на сложността. Това е напълно класически процес, следващ обичайните Нютонови стъпки. В реалния свят, от друга страна, има квантовата механика и нейните странни феномени. Така възниква въпросът: каква роля играе квантовата механика в еволюцията и произхода на живота? За да се отговори, трябва да се създадат изкуствени квантови форми на живот.
Унай Алварес-Родригес и колегите му са извършили следния експеримент: разделили са квантовия "живот" на две части - генотип и фенотип. Както в случая с въглеродния живот, квантовият генотип се състои от квантова информация, която описва генетичния код на индивида. Генотипът е част от квантова единица на живота, която се предава от едно поколение на друго. Фенотипът е проява на генотипа, която взаимодейства с реалния свят - това е "тялото" на индивида. "Това състояние, заедно с информацията, която е кодирана в него, се разрушава в течение на живота на индивида", казва Алварес-Родригес.
Всяка единица от квантовия "живот" се състои от два кубита - един за генотипа и един за фенотипа. "Целта на изследването е да пресъздаде характерните черти на Дарвиновата еволюция, адаптирани към езика на квантовите алгоритми и квантовото изчислителение", казват учените.
Първата стъпка в еволюционния процес е размножението. На квантовото ниво това е решено чрез заплитане, което позволява прехвърляне на квантовите състояния от един обект на друг. В този случай кубитът на генотипа предава квантова информация. Втората стъпка е оцеляването, което зависи от фенотипа. За това аспектът на генотипното състояние е прехвърлен в празно състояние, което е станало фенотип. След това фенотипът взаимодейства със средата и в крайна сметка се разсейва. Този процес е еквивалентен на остаряването и умирането в органичния свят, а времето, необходимо за него, зависи от генотипа. Тези "организми", които са успели да живеят по-дълго, са по-добре приспособени към околната среда и имат предимство при възпроизводството в следващото поколение.
Има и друг важен аспект на еволюцията - как индивидите се различават един от друг. При нормална еволюция има две възможности: чрез полова рекомбинация, когато се съчетават генотипи на два индивида; или чрез мутации, когато по време на репродуктивния процес възникнат случайни промени в генотипа. Алварес-Родригес и екипът му избират втория начин, като въвеждат ротация на квантовите състояния като произволни промени при предаването на квантова информация.
Това обаче е само теория, на практика самият експеримент е много по-сложен, тъй като все още не съществуват пълноценни квантови компютри. Независимо от това, учените са успели да използват 5-кубитна симулация на квантовия компютър IBM QX, като пускат през нея около 275 000 квантови алгоритми.
Резултатите съвпадат с теоретичните прогнози с голяма точност, възпроизвеждайки характерни особености на търсения сценарий за квантов естествен подбор. Важна роля са изиграли мутациите, които, както и в класическия свят, спомагат за адаптирането към промените в околната среда.
Развитието на квантовите компютри ще направи възможно усложняването на модела и включването на възможността квантовите форми на "живот" да взаимодействат помежду си и да се размножават "полово" - съчетавайки елементи от своите генотипове. Не се знае до какво ще доведе това, но Алварес-Родригес се надява, че неговият експеримент ще се превърне във важен инструмент за изучаване на сложността на квантовия свят, пише MIT Technology Review.
Монитор
