生命體內驚現量子訊號！科學家揭開生物高效運算之謎

最新研究顯示，曾被認為過於混亂而不適合量子效應的生物系統，可能正悄悄運用量子力學原理，其資訊處理速度甚至超越所有人造系統。這項突破性發現不僅適用於大腦，更涵蓋所有生命形式，包括細菌和植物。

時間回溯至80多年前，理論物理學家薛丁格（Erwin Schrödinger）在都柏林三一學院發表了一系列影響深遠的公開演講。這些融合現代物理學與叔本華哲學、奧義書思想的演講，最終在1944年集結成《生命是什麼？》一書出版。如今，在2025國際量子科學與技術年之際，霍華德大學量子生物學實驗室（QBL）創始主任菲利普·庫裡安（Philip Kurian）延續了薛丁格的開創性思想。

庫裡安團隊透過量子力學原理與最新發現的細胞骨架纖維量子光學特性，重新計算出碳基生命在地球歷史中的資訊處理能力上限。這項發表於《科學進展》（Science Advances）的研究更指出，生物系統的運算極限可能與可觀測宇宙中所有物質的計算邊界存在關聯。

「這項研究串聯起20世紀物理學的三大支柱——熱力學、相對論與量子力學，將為生物科學帶來典範轉移。」庫裡安解釋道。他特別強調，物理學家與宇宙學家應該重視這些發現，尤其在思考地球與其他宜居星球的生命起源時，必須考量生命與電磁場共同演化的可能性。

傳統觀點認為，量子效應僅存在於極小尺度的低溫環境中，但庫裡安團隊卻在常溫水溶液環境的蛋白質聚合物中，觀察到明顯的量子現象。更驚人的是，這種效應可能為大腦提供抵禦阿茲海默症等退化性疾病的保護機制。這些發現不僅為量子計算研究開闢新途徑，更徹底改變我們對生命與量子力學關係的理解。

法國艾克斯-馬賽大學理論物理學教授馬可·佩蒂尼（Marco Pettini）指出：「在普遍生物結構中觀察到的單光子超輻射現象，將為量子光學、量子資訊理論、凝聚態物理學、宇宙學與生物物理學帶來全新研究方向。」

研究關鍵在於色胺酸（tryptophan）這種廣泛存在於蛋白質中的胺基酸。它能吸收紫外線並以較長波長重新發射，而大量色胺酸組成的網路結構（如微管、澱粉樣蛋白纖維、跨膜受體等）更展現出強大的量子效應。QBL證實，所有真核生物都可能利用這些量子訊號進行資訊處理。

當細胞進行有氧呼吸時，產生的自由基會釋放高能紫外線。色胺酸網路不僅能有效轉換這些有害輻射，其量子超輻射效應更使資訊處理速度比傳統電化學過程快上數十億倍——前者僅需皮秒（picosecond）級別，後者則需要毫秒（millisecond）。

瑞士洛桑聯邦理工學院教授馬吉德·切爾吉（Majed Chergui）表示：「庫裡安的見解令人震撼。量子生物學結合光物理學，將為理解生命系統演化開啟全新視野。」特別值得注意的是，佔地球生物量絕大多數的非神經系統生物（如細菌、真菌與植物），其實都具備精密的計算能力。

亞利桑那大學行星科學教授但丁·勞雷塔（Dante Lauretta）更指出，星際介質與行星際小行星上已發現類似量子發射體的蹤跡，這些可能是真核生物計算優勢的前身。庫裡安的研究成果將為宜居系外行星研究帶來革命性突破。

這項發現也引起量子計算領域的高度關注。蘇黎世聯邦理工學院教授尼科洛·德費努（Nicolò Defenu）表示：「見證量子技術與生命系統間建立如此重要的聯絡，實在令人振奮。」量子物理學先驅、MIT教授塞斯·勞埃德（Seth Lloyd）則讚揚庫裡安「大膽而富有想像力地將計算物理應用於地球生命系統的總資訊處理量」。

「在人工智慧與量子電腦時代，我們必須牢記所有系統行為都受物理定律限制。」庫裡安總結道：「但儘管如此，生命仍能在宇宙故事展開的過程中，探索並理解其中的精妙秩序。能夠扮演這樣的角色，實在令人敬畏。」