Kvantová biologie mění svět. Nabízí odpovědi na otázky, za které by firmy daly miliardy a vědci poslední penci

Svět malých rozměrů je slovy Alberta Einsteina strašidelný. Částice mohou být na více místech najednou a zároveň dokážou bez sebemenšího zpoždění komunikovat přes celý vesmír. Nově vynořený obor kvantové biologie dokáže s využitím těchto podivných jevů vysvětlit, jak se ptáci orientují, jak funguje lidský čich nebo osvětluje, že rostliny jsou malými kvantovými počítači. A nakonec pokládá otázku, zda sám život není kvantový jev.

Výzkum na poli kvantové biologie navíc zajímá i byznys. Například biologové dodnes pořádně nevědí, jak vlastně funguje lidský čich. Přitom rozluštění této hádanky je snem každé parfumerské značky. Rozšířená teorie říká, že záleží na tvaru molekuly dané chemikálie. Jak ale ukazují experimenty, řada molekul o stejném tvaru je cítit jinak a naopak řada molekul o různém tvaru je cítit stejně. Řešení záhady nabízí právě kvantoví biologové.

Lidský nos zřejmě dokáže vnímat díky kvantovým jevům i vibraci molekul. A tato schopnost dokáže vysvětlit zmíněné paradoxy týkající se stejného tvaru molekuly, ale jiné vůně. Na pochopení zákonů mikrosvěta stojí dle odhadů až třetina světového HDP a zároveň porozumění existenci života.

Devět milionů možností obratem

Mezinárodní tým vědců z univerzity v Groningenu letos zveřejnil studii, která ukazuje, že samotné rostliny jsou malé kvantové počítače. Když klasický počítač hraje šachy, prochází všechny možné kombinace postupně. Pokud tak chce vidět pouhé tři tahy dopředu, musí projít devět milionů možných šachových partií. Kvantový počítač ale prochází všechny partie v jednotlivých tazích najednou. Tedy místo devíti milionů úkonů mu stačí udělat tři. V současnosti nejvýkonnější kvantové počítače pracují přibližně s 50 qubity.

Qubit se liší od bitu v tom, že není v pozici 0, nebo 1, ale je v pozici 0 i 1. To znamená, že počet možných kombinací se s přibývajícím množstvím qubitů exponenciálně zvyšuje. Pro představu, pět qubitů odpovídá výkonností smartphonu, 20 stolnímu počítači a zmíněných 50 už superpočítači. Ve chvíli, kdy se dostanou nad toto číslo, dosáhnou kvantové počítače takzvané nadřazenosti a žádný současný počítač už s nimi nedokáže udržet krok. Současné kvantové počítače jsou ale silně specializované, nedokážou tedy zatím pracovat stejně univerzálně jako ty běžné.

Vyřešit hypotetický problém může běžnému počítači trvat stovky let, zatímco kvantový to dokáže během pár minut. To je například důvod, proč mají z nástupu silných kvantových počítačů obavy kryptografici. Prolomení sebesložitějšího hesla by mohlo zabrat jen minuty.

Podobně jako kvantový počítač pracuje rostlina při fotosyntéze. To je naprosto klíčový proces nejen pro rostliny, ale pro život vůbec. Bez schopnosti rostlin provádět fotosyntézu by život nemohl existovat.

Zjednodušeně funguje fotosyntéza tak, že na list rostliny dopadne foton, částice světla. Jeho energii rostlina převezme pomocí excitonu, který si lze představit jako velmi rychle se vybíjející baterii. K tomu, aby o takto nabytou energii rostlina záhy nepřišla, ji musí rychle dostat do úložiště. A k tomuto skladu energie vedou spletité cesty. Pokud se na ně excitony vydají, je pravděpodobné, že řada z nich do cíle nedojde, protože se mezitím vybijí.

Experimenty nicméně ukázaly, že exciton ve skutečnosti trefí správnou cestu s téměř stoprocentní úspěšností. To je ovšem matematicky nemožné − pokud rostlina nefunguje jako kvantový počítač. A nevyužívá faktu, že částice mikrosvěta dokážou být ve více stavech najednou i na více místech najednou. Exciton tak ve skutečnosti v jeden okamžik prochází všechny možné trasy do úložiště a zhmotní se teprve na konci té, která je pro něj nejefektivnější.