La vida a la Terra és capaç de dur a terme operacions complexes en entorns càlids i caòtics. Això es deu al fet que les cèl·lules utilitzen una molècula anomenada triptòfan per processar informació a través de la llum. Ara, segons un estudi, es creu que aquesta habilitat natural pot ajudar al desenvolupament d’ordinadors quàntics més resistents.
Es poden trobar xarxes de triptòfan a les neurones i en altres organismes com virus, ciliis, flagels o cèl·lules superiors.
La recerca, publicada a Science Advances, mostra que les xarxes d’aquest aminoàcid són capaces d’absorbir les partícules lumíniques i reenviar-les amb una amplitud d’ona més llarga i fàcil d’assimilar en menys d’una milionèsima de microsegon.
“La biologia és plena d’arquitectures com aquesta”, afirma a SINC el primer autor de l’estudi i investigador de la Universitat de Howard, Phillip Kurian. Segons el científic, les xarxes de triptòfan es poden trobar en estructures cel·lulars com els ciliis i flagels, a les neurones o als virus.
En concret, aquestes estructures funcionen com un “cable de fibra òptica”, ja que tenen la capacitat d’enviar informació molt més ràpidament del que permeten els processos químics a les cèl·lules.
Aquesta mena de cúbit —unitat bàsica d’informació quàntica semblant al bit de la computació tradicional— absorbeix la llum i la torna a emetre de manera veloç.
Aquesta mena de cúbits —unitats bàsiques d’informació quàntica semblants al bit en la computació tradicional— absorbeixen la llum i la tornen a emetre de manera ràpida, cosa que permet a la vida calcular en molt poc temps, segons explica l’investigador.
En conglomerar-se en estructures moleculars, generen estats superradiants capaços de processar “la informació dels fotons a velocitats d’un picosegon” (milionèsima de microsegon). “Aquest processament és el que produeix l’efecte quàntic”, assegura Kurian.
En aquest sentit, els ordinadors quàntics podrien aprendre molt de la manera com la biologia de la Terra transfereix la informació.
“La vida ha trobat una manera de gestionar amb coherència els seus senyals per superar el soroll tèrmic de l’entorn”, remarca Kurian a SINC.
Això significa que encara que hi hagi petites pertorbacions causades per la calor de l’ambient, els éssers vius són capaços d’administrar informació sense perdre-la ni distorsionar-la. La raó de tot plegat és que els fotons, o partícules de llum, es poden compartir simultàniament entre diverses molècules o cúbits moleculars.
En la biologia, hi ha estats en els quals, si s’elimina un cúbit, encara es pot mantenir la coherència entre els altres restants.
En el món dels ordinadors quàntics, ja s’han recreat els anomenats estats W —energia compartida de forma síncrona— en dispositius de nanofotònica, tot i que necessiten condicions controlades com temperatures extremadament baixes.
A més, en la biologia hi ha estats en què, si s’elimina un cúbit, encara es pot mantenir la coherència entre la resta. Això encara no és possible en l’àmbit de l’enginyeria informàtica.
Segons l’autor de l’estudi, seria molt útil implementar-ho per dues raons: per mantenir la unitat quàntica, malgrat que s’eliminessin alguns cúbits, i per utilitzar l’energia dissipada, un tret propi de la vida que empra la calor que emet per a diferents finalitats.
En definitiva, “sembla que la vida té aquesta capacitat de produir arquitectures que no són rígides, com sí passa, per exemple, en dispositius de silici”, argumenta Kurian. Aquesta troballa podria ajudar que els futurs ordinadors quàntics fossin més resistents.
Un dels grans reptes per a construir un equip quàntic amb èxit és la correcció efectiva d’errors, és a dir, que els ordinadors tinguin la capacitat de detectar i suprimir les errades a una velocitat prou elevada.
En la computació quàntica actual, els cúbits han d’estar en ambients molt freds i aïllats.
En aquest punt, la biologia pot servir d’exemple, perquè mentre que el xip quàntic de Google, Willow, “fa la correcció d’errors en microsegons, els estats superradiants dels éssers vius ho poden fer un milió de vegades més ràpid”, afirma el físic.
Tanmateix, és una qualitat pròpia de la vida a la Terra, preparada per funcionar en ecosistemes càlids. En la computació quàntica actual, els cúbits han d’estar en ambients molt freds i aïllats.
Això no vol dir que la biologia operi millor que els ordinadors quàntics, destaca l’investigador. “Jo diria que els sistemes vius estan pensats per tenir múltiples funcionalitats i interconnectats d’una manera en què les arquitectures de computació existents no ho estan”, afegeix.
Tal com explica el professor Nicolò Defenu de l’Institut Federal de Tecnologia en un comunicat, aquesta teoria podria ser de gran interès pel desenvolupament de nous sistemes. De fet, “és realment intrigant veure una connexió vital i creixent entre la tecnologia quàntica i els sistemes vius”, afirma l’investigador.
Hi ha moltes organitzacions interessades a desenvolupar ordinadors quàntics de gamma intermèdia sorollosos o NISQ —ordinadors ja existents— perquè puguin autoorganitzar-se.
“Podem recollir algunes idees dels sistemes vius per desenvolupar arquitectures de cúbits flexibles que no estan dissenyats per optimitzar de la mateixa manera que funcionen els ordinadors quàntics convencionals, sinó que estan pensats per funcionar de forma que l’energia que surt del seu sistema s’utilitza per a l’autoorganització”, subratlla Kurian.
Actualment hi ha molt d’interès per part dels investigadors per desenvolupar màquines quàntiques autònomes, i la biologia podria amagar la solució a aquest dilema, tot i que encara és en una fase inicial.
Kurian, P. Computational capacity of life in relation to the universe. Science Advances. 2025