Forskare har nyligen gjort en banbrytande upptäckt som kan komma att omskriva vår förståelse av biologiska processer. Ett forskarteam vid Howard University har funnit att levande organismer kan utnyttja kvantmekaniska effekter för att bearbeta information miljarder gånger snabbare än vad som tidigare ansetts möjligt. Denna upptäckt utmanar grundläggande antaganden om biologiska system och öppnar upp nya möjligheter inom allt från neurovetenskap till kvantberäkning. Studien, publicerad i mars 2025 i tidskriften Science Advances, visar att kvantfysik inte bara är begränsad till extremt kalla och kontrollerade miljöer, utan faktiskt förekommer naturligt i alla levande organismer, från bakterier till människor.
Kvantbiologins genombrott
Biologer har länge undersökt livets komplexitet genom kemins lins: molekyler som interagerar i celler, gener som kodar för egenskaper och proteiner som bygger strukturer. Men denna nya studie, ledd av teoretiske fysikern Philip Kurian vid Quantum Biology Laboratory på Howard University, tvingar oss att ompröva själva livets natur[1]. Forskningen visar att levande celler kan bearbeta information med hjälp av kvanttillstånd, specifikt genom ett fenomen som kallas ”kvantsuperradians”[3].
Traditionellt har livsprocesser som nervsignaler eller metaboliska reaktioner ansetts förlita sig på klassiska mekanismer: joner som rör sig över membran, enzymer som binder substrat, och proteiner som viks till specifika former. Alla dessa processer är relativt långsamma och oprecisa jämfört med den ultrasnabba bearbetningen i moderna datorer[1]. Det verkligt revolutionerande med denna upptäckt är att dessa kvanteffekter inte kräver extrem kyla eller isolering, vilket tidigare ansetts nödvändigt för kvantfenomen, utan sker i varma, fuktiga biologiska miljöer[4].
Kurians arbete kopplar samman det tjugonde århundradets stora fysikpelare – termodynamik, relativitetsteori och kvantmekanik – vilket kan leda till ett betydande paradigmskifte inom biologiska vetenskaper[4]. Denna forskning bygger vidare på Erwin Schrödingers arbete från 1940-talet som utforskade kvantmekanikens roll i biologiska system[5].
Tryptofanets avgörande roll
I centrum för denna upptäckt står aminosyran tryptofan, som finns i många cellulära proteiner[7]. Kurians team har upptäckt att tryptofan, under vissa förhållanden, kan fungera som ett kvantkommunikationsnätverk[3]. Stora nätverk av tryptofanmolekyler bildas i strukturer som mikrotubuli, amyloidfibriller, transmembranreceptorer, viruskapsider och neuroner[4].
När tryptofan absorberar ultraviolett ljus återemitterar det vid en lägre energi. Forskarteamet fann att tryptofannätverken effektivt kan använda kvanteffekter för att bearbeta information[7]. Dessa nätverk fungerar i princip som kvantfiberoptik som gör att eukaryota celler kan överföra information med en effektivitet som aldrig tidigare observerats i biologin[3].
Biologins överraskande beräkningshastighet
Det verkligt häpnadsväckande med denna upptäckt är hastigheten med vilken dessa biologiska kvantprocesser sker. Klassisk biokemisk signalering i nervsystemet sker i millisekunder, men den observerade kvantsuperradiansen inträffar i pikosekunder – en miljondel av en mikrosekund[3][4].
Dessa biologiska kvantnätverk fungerar med upp till 10¹³ operationer per sekund, vilket är en miljard gånger snabbare än klassiska neuroner[1]. Detta innebär att celler kan bearbeta information nästan med den maximala hastighet som fysikens lagar tillåter[1]. Och de gör detta utan behov av kryogeniska temperaturer, något som är ohört av i människotillverkade kvantdatorer[1].
Beräkningskapacitet och energieffektivitet
Superradians i dessa tryptofanfilament möjliggör för eukaryota celler att bearbeta information miljarder gånger snabbare än vad kemiska processer ensamma skulle tillåta[4]. Detta kan förklara hur organismer, även utan nervös vävnad, kan lösa komplexa problem och anpassa sig till sin miljö med enastående precision[3].
Kurian drar i sin forskningsartikel en jämförelse mellan den totala beräkningskapaciteten hos liv på jorden och de teoretiska gränserna för det observerbara universum – och finner att livet kan konkurrera med, eller till och med överträffa, det senare[1]. Detta betyder att även våra bästa AI-system idag bleknar i jämförelse med naturens beräkningskraft[1].
#
Citations:
[1] https://www.linkedin.com/pulse/quantum-code-life-discovery-could-rewrite-biology-veljko-veljkovic-vffkf
[2] https://thequantuminsider.com/2025/01/07/quantum-sensing-technology-reveals-sub-atomic-signals/
[3] https://unionrayo.com/en/human-body-outperforms-quantum-computers/
[4] https://amsayeed.wordpress.com/2025/04/06/scientists-just-discovered-quantum-signals-inside-life-itself/
[5] https://www.techexplorist.com/quantum-biology-redefines-lifes-computational-limits/98483/
[6] https://www.linkedin.com/posts/michaelplis_scientists-just-discovered-quantum-signals-activity-7312584677335175169-4icu
[7] https://modernsciences.org/quantum-biology-life-quantum-effects-information-processing-april-2025/
[8] https://www.linkedin.com/pulse/life-quantum-information-network-new-frontier-biology-veljkovic-gakwf
[9] https://www.youtube.com/watch?v=44s4A_yNPOw
[10] https://www.quantumbiolab.com/pressrelease3.html
[11] https://phys.org/news/2025-01-discovery-class-particles-quantum-mechanics.html
[12] https://www.science.org/journal/sciadv
[13] https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt4623
[14] https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_biology
[15] https://www.technologynetworks.com/applied-sciences/news/quantum-materials-offer-new-way-to-detect-electrical-signals-in-cells-396774
[16] https://quantumcomputingreport.com/quantum-biology-part-1-nature-made-quantum-sensors/
[17] https://x.com/LifeboatHQ/status/1909043541159927887
[18] https://www.eurekalert.org/news-releases/1077836
[19] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10811782/
[20] https://www.instagram.com/scienceacademyy/p/DICYtDVMp-M/
[21] https://www.youtube.com/watch?v=RxsI-QXn6fU
[22] https://www.pinterest.com/pin/812477589062928860/
[23] https://scitechdaily.com/scientists-just-discovered-quantum-signals-inside-life-itself/
[24] https://bsky.app/profile/dulwichquantum.bsky.social/post/3llyrpuayp22w
[25] https://thequantuminsider.com/2025/03/30/study-finds-cells-may-compute-faster-than-todays-quantum-computers/
[26] https://www.grc.org/quantum-biology-conference/2025/
[27] https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aaz4888
Answer from Perplexity: pplx.ai/share
Förklaring av Begrepp
Den senaste upptäckten av kvantmekaniska processer i biologiska system har introducerat flera komplexa begrepp som kräver en noggrann förklaring. Nedan redogörs för de centrala termerna och deras betydelse inom denna banbrytande forskning.
Kvantbiologi
Kvantbiologi är ett tvärvetenskapligt forskningsfält som kombinerar kvantmekanikens principer med biologiska vetenskaper för att förklara fenomen på molekylär nivå[2]. Detta inkluderar processer som fotosyntes, där kvantkoherens möjliggör effektiv energiöverföring mellan molekyler, och fåglars användning av radikalpar-mekanismer för att navigera via jordens magnetfält[2]. Den nya studien från Howard University utvidgar detta paradigm genom att visa hur kvanteffekter inte längre är begränsade till isolerade system utan kan uppstå i varma, dynamiska biologiska miljöer[1][2].
Kvantsuperradians
Kvantsuperradians är ett fenomen där grupper av partiklar emitterar ljus koherentt, vilket förstärker signalen exponentiellt[1]. I den aktuella studien upptäcktes att nätverk av tryptofanmolekyler i cellstrukturer som mikrotubuli och neuroner kan utnyttja denna effekt för att överföra information med pikosekundprecision[1][4]. Detta möjliggör beräkningar som är upp till 10¹³ gånger snabbare än klassiska biologiska processer, en hastighet som konkurrerar med teoretiska gränser för kvantdatorer[5].
Tryptofans Roll som Kvantmedium
Tryptofan är en essentiell aminosyra som inte bara ingår i proteinsyntes utan också fungerar som en föregångare till neurotransmittorn serotonin och sömnhormonet melatonin[3][7]. Studien visar att tryptofannätverk i celler kan agera som ”kvantfiberoptik” genom att använda ultraviolett ljus för att skapa superpositionstillstånd[1][7]. Dessa nätverk är strukturerade i symmetriska formationer, vilket minimerar dekoherens – en kritisk utmaning i artificiella kvantsystem[4][6].
Blod-hjärnbarriären och Kvanttransport
Tryptofan måste passera blod-hjärnbarriären för att nå centrala nervsystemet, en process där den konkurrerar med andra aminosyror[7]. Denna konkurrens kan ha en direkt koppling till dess kvantmekaniska egenskaper, eftersom symmetri i molekylär struktur är avgörande för att upprätthålla koherenta tillstånd under transport[4][7].
Mikrotubuli och Medvetande
Enligt teorier av Roger Penrose och Stuart Hameroff finns det en hypotes om att mikrotubuli – proteinstrukturer i celler – kan vara värdar för kvantprocesser som underlättar medvetande[4]. Dessa rörformade strukturer, byggda av tubulinproteiner, har en symmetrisk A-typstruktur som möjliggör effektiv informationslagring och bearbetning via superposition[4]. Trots utmaningar som miljömässig dekoherens antyder den nya forskningen att biologiska system kan ha evolutionärt utvecklat mekanismer för att stabilisera kvanttillstånd[1][4].
Jämförelse med Artificiella Kvantsystem
Moderna kvantdatorer, som IBM:s Condor med 1 000 kvantbitar, kräver extrem kyla och isolering för att minska dekoherens[5]. Biologiska system uppnår dock liknande effekter vid rumstemperatur genom att utnyttja molekylär symmetri och dynamiska nätverk[1][4]. Denna skillnad understryker potentialen för bioinspirerad kvantteknik, där naturliga mekanismer kan informera utvecklingen av mer robusta kvantenheter[5][8].
Kvantkryptering och Biologisk Säkerhet
Kvantkryptografi, som utnyttjar sammanflätade fotoner för säker kommunikation, har paralleller till de biologiska systemen[8]. Liksom kvantsignaler i celler är dessa fotoner känsliga för störningar, vilket gör dem idealiska för att upptäcka intrång[8]. Denna princip kan förklara hur organismer snabbt identifierar och reagerar på patogener genom att kombinera kemiska och kvantmekaniska signaler[1][3].
Termodynamiska Aspekter
Kvantprocesser i varma miljöer utmanar traditionella termodynamiska modeller. Superradians i tryptofannätverk tyder på att celler kan omdirigera energi mer effektivt än vad som är möjligt i klassiska system, vilket möjligen länkar till Schrödingers tidiga idéer om ”negativ entropi” i levande organismer[6][7].
Framtida Implikationer
Upptäckten kan revolutionera områden som neurovetenskap, där kvantprocesser kan förklara fenomen som medvetandet och perceptionens hastighet[4]. Inom medicin kan manipulering av tryptofannätverk leda till nya behandlingar för neurologiska sjukdomar eller förbättrade sömncykler[3][7]. Dessutom kan bioinspirerad kvantberäkning erbjuda energisnåla lösningar för databehandling[5][8].
Sammanfattningsvis integrerar denna forskning kvantmekanikens djupa principer med biologins komplexitet, vilket öppnar dörrar till en ny förståelse av livets grundläggande mekanismer. Genom att kombinera teoretisk fysik, molekylärbiologi och informationsteknik skapas ett nytt paradigm där gränserna mellan liv och kvantvärld suddas ut[1][2][4].
Citations:
[1] https://illvet.se/universum/liv-i-rymden/udda-teori-rymdvarelser-skickar-kvantsignaler-till-oss
[2] https://sv.wikipedia.org/wiki/Kvantbiologi
[3] https://www.lu.se/lup/publication/409d4115-3e07-4cb1-a92e-f9370a450221
[4] https://mindthegraph.com/blog/sv_se/joe-rogan-och-roger-penrose/
[5] https://etn.se/70798
[6] https://fritanke.se/sans/2011-nr-2/den-magiska-kvantvarlden
[7] https://www.cerascreen.se/blogs/news/tryptofan-en-viktig-aminosyra
[8] https://www.su.se/2.1275/2.1124/kvantfysik-ska-ge-s%C3%A4ker-kommunikation-1.251115
[9] https://www.svt.se/nyheter/vetenskap/mystiska-fotoner
[10] https://fof.se/artikel/2011/6/kvantfysik-kan-forklara-medvetandet/
[11] https://portal.research.lu.se/files/158386727/Microsoft_Word_4_PS_ALL_txt_V2337_12.pdf
[12] https://sv.wikipedia.org/wiki/Mikrotubulus
[13] https://mb.cision.com/Public/5569/3179385/9d8364fbe1287bfd.pdf
[14] https://nyheter.ki.se/kvantfysiken-och-livet-vara-innersta-mekanismer-och-varldarna-omkring-oss
[15] https://reneevoltaire.se/blogs/lara/tryptofan
[16] https://www.reddit.com/r/TheExpanse/comments/8p7i5f/so_about_this_episodes_technobabble/?tl=sv
[17] https://www.su.se/fysikum/nyheter/s%C3%A5-f%C3%A5ngar-man-en-graviton-1.760300
[18] https://parapsykologi.se/2012/09/om-kvantfysik-och-biologi/
[19] https://kurera.se/aminosyror-l-tryptofan/
[20] https://physicsvisions.com/historia-och-tankar-kring-kvantfysiken/
Answer from Perplexity: pplx.ai/share
Sammanfattning av forskningsartikeln ”Computational capacity of life in relation to the universe” av Philip Kurian, följt av förklaringar av viktiga begrepp.
Sammanfattning av Artikeln
Artikeln presenterar en ny och radikalt högre uppskattning av den totala beräkningskapaciteten för allt liv på jorden under planetens historia. Tidigare uppskattningar har oftast baserats på nervcellers (neuroners) aktivitet som den grundläggande enheten för informationsbehandling, vilket exkluderar organismer utan nervsystem (som växter och svampar).
Kurian argumenterar istället för att kvantmekaniska effekter i proteinstrukturer, specifikt superradians i cytoskelettets proteinfibrer (som finns i nästan alla eukaryota celler), utgör en mycket snabbare form av informationsbehandling. Nyligen genomförda experiment av författarens forskargrupp stödjer att dessa proteinnätverk kan upprätthålla kvanttillstånd (specifikt |W⟩-liknande tillstånd) som möjliggör superradians även vid rumstemperatur. Denna mekanism är miljarder gånger snabbare än nervimpulsers signalering.
Baserat på detta och kvantmekaniska hastighetsgränser (främst Margolus-Levitin-teoremet) beräknar artikeln:
- Den maximala teoretiska beräkningskapaciteten för det observerbara universum sedan Big Bang till ca 10^120 elementära logiska operationer. Detta antal relateras till universums ålder (t_Ω) och Plancktiden (t_p) som (t_Ω / t_p)².
- Den maximala beräkningskapaciteten för allt eukaryotiskt liv på jorden under dess existens till ca 10^60 operationer. Detta är en enorm ökning från tidigare uppskattningar baserade på neuroner (ca 10^40). Detta antal motsvarar ungefär (t_Ω / t_p).
Kärnan i artikeln är en hypotes (konjektur) som relaterar dessa två skalor:
Universums totala operationer ≈ (Livets totala operationer)²
eller
10^120 ≈ (10^60)²
Denna hypotes knyter samman kosmologiska skalor (universums storlek och ålder) med kvantmekaniska skalor (Planck-skalan) och biologiska processer (superradians i proteiner), och antyder ett djupt samband mellan livets beräkningsförmåga och universums fundamentala egenskaper.
Artikeln jämför även dessa kapaciteter med klassiska och framtida kvantdatorer. Den noterar att livets beräkningspotential vida överstiger vad mänskligheten hittills åstadkommit med datorer, men att kvantdatorer, om de följer exponentiella tillväxtlagar, teoretiskt skulle kunna nå dessa astronomiska nivåer inom en relativt snar framtid (årtionden till ett sekel enligt idealiserade modeller).
Förklaring av Viktiga Begrepp
- Beräkningskapacitet (Computational Capacity): Ett mått på hur många grundläggande logiska operationer (som att ändra en bit från 0 till 1) ett fysiskt system kan utföra under en viss tid eller under hela sin existens.
- Margolus-Levitin-teoremet: En fundamental gräns inom kvantmekaniken som sätter en maximal hastighet för hur snabbt ett kvantsystem kan utvecklas från ett tillstånd till ett annat, ortogonalt (dvs. helt åtskiljbart) tillstånd. Hastigheten är begränsad av systemets genomsnittliga energi (över grundtillståndet). Detta sätter en övre gräns för beräkningshastigheten.
- Plancktiden (t_p): Den minsta teoretiskt meningsfulla tidsenheten (ca 10⁻⁴⁴ sekunder), härledd från fundamentala naturkonstanter (gravitationskonstanten G, Plancks konstant ħ, och ljushastigheten c).
- Superradians (Superradiance): En kollektiv kvanteffekt där flera kvantemitters (t.ex. molekyler i proteiner) som är kopplade till ett gemensamt ljusfält (fotoner) sänder ut ljus koherent och med en förstärkt hastighet. Hastigheten kan vara proportionell mot antalet emitters (n) eller till och med n², beroende på systemet. Detta möjliggör mycket snabbare tillståndsändringar (beräkningar) än om varje emitter agerade oberoende.
- |W⟩-tillstånd: En specifik typ av kvantmekaniskt sammanflätat (entangled) tillstånd som involverar tre eller fler kvantbitar (system med två nivåer). Superradianta tillstånd i artikeln beskrivs som liknande |W⟩-tillstånd, där en enda excitation (energi) är koherent delad över många emitters. Dessa tillstånd är relativt robusta mot förlust av enskilda kvantbitar.
- Hodgkin-Huxley Neuron: Standardmodellen för hur en nervcell genererar en aktionspotential (nervimpuls) baserat på flödet av joner genom kanaler i cellmembranet. Tidigare uppskattningar av livets beräkningskapacitet byggde på denna modell och dess relativt långsamma (millisekunder) tidsskala.
- Aneurala Organismer: Organismer som saknar nervsystem, t.ex. växter, svampar, protister, bakterier och arkéer. Artikeln inkluderar dessa genom att fokusera på proteinstrukturer som finns i nästan alla eukaryota celler.
- Observerbara Universum: Den del av universum vars ljus har hunnit nå oss sedan Big Bang. Dess storlek bestäms av universums ålder och ljusets hastighet.
- Kritisk Densitet: Den specifika medeldensitet av massa och energi som universum måste ha för att dess geometri ska vara ”platt” (euklidisk på stora skalor). Observationer tyder på att vårt universum har en densitet mycket nära den kritiska.
- Kvantmekanisk Hastighetsgräns (Quantum Speed Limit): Generell term för teoretiska gränser för hur snabbt kvantsystem kan utvecklas eller utföra beräkningar, där Margolus-Levitin-teoremet är ett viktigt exempel.
- Landauer’s Princip: En princip inom informationsteori och termodynamik som säger att raderandet av en bit information oundvikligen leder till att en minimimängd energi (k_B * T * ln2) måste avges som värme till omgivningen. Reversibla beräkningar kan teoretiskt undvika detta.
- Von Neumann-entropi: Ett mått på osäkerheten eller ”blandningen” i ett kvanttillstånd som beskrivs av en densitetsmatris. Är noll för rena tillstånd och positiv för blandade tillstånd.
- Finstrukturkonstanten (α): En fundamental dimensionslös konstant (ca 1/137) som beskriver styrkan hos den elektromagnetiska växelverkan.
- AstroPAH: Polycykliska aromatiska kolväten, komplexa organiska molekyler som observerats i rymden och som föreslagits vara möjliga prekursorer till biologiska molekyler som aminosyran tryptofan.
- Tryptofan: En essentiell aminosyra som ingår i proteiner. Tryptofan är fluorescerande och fungerar som en ”kvantemitter” i de proteinstrukturer som diskuteras i artikeln och är avgörande för den observerade superradiansen.
Sammanfattningsvis utmanar artikeln vår syn på livets komplexitet och beräkningsförmåga genom att lyfta fram kvantmekaniska effekter på molekylär nivå och föreslår ett anmärkningsvärt matematiskt samband mellan livets och universums totala informationsbehandling.
- Philip Kurian
,Computational capacity of life in relation to the universe.Sci. Adv.11,eadt4623(2025).DOI:10.1126/sciadv.adt4623
