「私たちの研究は、生命と呼ばれるこれらの驚くべき複雑な出来事を原子の微視的な世界に移しました-そしてそれは働きました。」
初めて、国際的な研究者チームが量子コンピューターを使用して人工生命を作成しました。これは、科学者が人口レベル以下の細胞間相互作用まで生命を理解するために使用できる生物のシミュレーションです。
量子コンピューターでは、超伝導キュービットによって顕微鏡レベルで表される個々の生物は、「ペア」、環境および「ダイ」との相互作用を強制され、進化に影響を与える最も重要な要因をシミュレートしました。
ジャーナルScientific Reportsに掲載された新しい研究は 、生命の起源が量子力学によって説明できるかどうかという疑問に答えるのに役立つかもしれない突破口でした。量子力学は、素粒子間の相互作用に関して宇宙を説明する物理理論です。
量子人工生命のモデリングは、最も厄介な科学者の質問の1つに対する新しいアプローチです。生命は、地球上に存在していた有機分子の「 プライマリブイヨン 」 からの不活性物質からどのように生まれますか。
1944年、 エルウィンシュレディンガーが影響力のある著書「What Is Life？」で量子場に答えができるというアイデアを初めて提案しました。 しかし、この問題に答えることができるシミュレーションに必要な強力な量子コンピューターを作成するのが困難なため、この分野の進歩は減速しました。
この記事を読むために使用する通常の「クラシック」コンピューターは、バイナリビットの形式で情報を処理します-値が0または1の値を取ることができる情報の単位。これに対して、量子コンピューターは、値が表すことができるキュービットを使用します0と1の組み合わせ。このような性質である重ね合わせは、大規模な量子コンピューターの能力が古典的なコンピューターの能力を大幅に超えることを意味します。
エンリケソラノ率いるバスク科学財団の研究者チームの目的は、量子コンピューターでダーウィン進化のプロセスを再現するコンピューターモデルを作成することでした。 これを行うために、研究者はIBMが開発した5量子ビットの量子プロセッサーを使用しましたが、クラウドテクノロジーを介してアクセスできます。
この量子アルゴリズムは、自己複製、突然変異、個人と死の間の相互作用などの基本的な生物学的プロセスをキュービットのレベルでシミュレートしました。 その結果、顕微鏡レベルで行われる進化プロセスの正確なシミュレーションが行われました。
「生命は無生物から生じる複雑な巨視的特徴であり、量子情報はキュービット、微小な孤立した物体の特徴であり、非常に小さな宇宙で発生する」とソラノはメールで語った。 「私たちの研究は、生命と呼ばれるこれらの驚くべき複雑な出来事を原子の微視的な世界に移しました-そしてそれは働きました。」
個体は、2つのキュービットを使用してモデルに表されました。 1つのキュービットは、特定の機能の背後にある遺伝子コードである別の遺伝子型であり、もう1つは、この機能の物理的表現である表現型でした。
自己複製をシミュレートするために、アルゴリズムは、 エンタングルメントを使用して遺伝子型の数学的期待値 （可能なすべての測定結果の平均確率）を新しいキュービットにコピーしました。 突然変異を説明するために、研究者はアルゴリズムコードにキュービットのランダムターンを導入し、遺伝子型キュービットに使用しました。
アルゴリズムは、個人とその環境間の相互作用をモデル化し、老化と死を表します。 これは、新しい遺伝子型を、エンタングルメントを使用して、自己複製のステップから別のキュービットに転送することによって行われました。 新しいキュービットは、個人の表現型を表しています。 個人の寿命-環境との相互作用の過程で情報が劣化または消失するのにかかる時間は、遺伝子型にエンコードされた情報に依存します。
最後に、これらの個人は互いに対話しました。 これには4つのキュービット（2つの遺伝子型と2つの表現型）が必要でしたが、表現型は、遺伝子型キュービットにエンコードされた特定の基準を満たした場合にのみ相互作用し、情報を交換しました。
相互作用により新しい個人が生まれ、プロセスが再び繰り返されました。 合計で、研究者はこのプロセスを24,000回以上繰り返しました。
「私たちの量子個人は、ダーウィンの量子進化の枠組みの中で適応の試みの影響下で行動しました。実際、それはより大きなマルチキュービットのもつれ状態の世代を通して量子情報を伝達しました」と研究者は書いた。
量子人工生命アルゴリズムの動作が実証されたので、次のステップは、多数の個人と連携して機能を拡張できるようにスケーリングすることです。 たとえば、ソラノは、彼と彼の同僚が量子レベルで社会的および性的相互作用をよりよく研究するために、キュービットに「性的特性」を追加する可能性に取り組んでいると語った。
「種の利益、その生存と発展のために、2つの性別を持っている方が良いかもしれません。
さらに、ソラノ氏は、彼と彼の同僚は、シミュレーションで個人間で発生する相互作用の数を増やしたいと述べました。 しかし、それはコンピューター機器自体の能力に依存します。
量子コンピューティングは最近のコードで大きな進歩を遂げましたが、まだ非常に長い道のりがあります-主にキュービットの気まぐれな性質のためです。 それらはノイズに非常に敏感です。 それらは外部の影響からそれらを保護できる複雑で高価なシステム内でのみ実装できます。これは通常、多くのレーザー、エキゾチックな材料、極低温の存在を意味します。
しかし、これらすべてのトリックの後でも、数十個の量子ビットを一緒に機能させるのは難しい作業です。 今年、Googleはすでに72キュービットのプロセッサで記録を樹立しましたが、これは量子コンピューターが古典的な地球コンピューターの最も強力なものより先に進むことができる理論的なポイントである真の量子優位性からはまだほど遠いものです。
量子の優位性を達成するために必要なコンピューターテクノロジーはまだ登場していませんが、ソラノと彼の同僚の研究は、原則として、最初に人々が書いたアルゴリズムを書くことを要求することなく、進化を自律的にシミュレートできる量子コンピューターの出現につながる可能性があります。