人們一度認為復雜而混沌的生命系統無法產生量子效應，現在科學家可能正悄然利用量子力學以超超乎尋常的速度來產生量子信息。最新研究表明，這種現象不僅存在于大腦中，更遍及細菌、植物等所有生命體。

一項驚人的發現表明，量子計算可能嵌入在生命結構中

薛定諤遺產催生量子飛躍
八十余年前，理論物理學家埃爾溫·薛定諤在都柏林圣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》等思想傳統的講座，于1944年結集出版為《生命是什么？》。如今正值2025國際量子科學與技術年，哈佛大學量子生物學實驗室（QBL）創始主任、理論物理學家菲利普·庫里安(Philip Kurian)，正基于薛定諤的思想基石展開突破性研究。

基于量子力學原理及量子生物學實驗室最新發現的細胞骨架的微絲量子光學特性，庫里安提出了一個顛覆性觀點：他重新界定了地球歷史上所有碳基生命信息處理能力的理論上限。這項發表于《科學進展》的研究揭示，這一生物極限可能與可觀測宇宙中所有物質的運算邊界存在潛在關聯。

庫里安指出：這項研究將二十世紀物理學的三大支柱——熱力學、相對論和量子力學聯結貫通。由此引發的范式變革將席卷整個生命科學領域，證實了常溫環境下'生物濕件'進行量子信息處理的可行性及其深遠意義。物理學家與宇宙學家必須重視這些發現，特別是在探究地球及宜居宇宙中生命起源時，需考量生命與電磁場協同演化的關系。

傳統觀點僅通過離子流動與動作電位等經典信息通道（運算速度上限約103次/秒）來評估無神經生物與神經元的信息處理能力，這存在嚴重低估。最新熒光量子產率實驗證實，細胞骨架聚合物中的量子發射體網絡在常溫下可維持超輻射態，其運算速度高達1012至1013次/秒——比經典模式快十億倍，且接近紫外光激發態的馬戈魯斯-列維京極限值。這種蛋白質量子發射網絡既存在于無神經真核生物體內，也穩定分布于神經元軸突的有序束狀結構中。

在本期《科學進展》獨家研究論文中，研究人員首次量化比較了兩種計算能力：其一是地球歷史上所有超輻射生命體可能完成的總運算量，其二是與這些生命存在因果關聯的、物質主導的整個宇宙可實現的運算總量。研究通過對比現有人工經典計算機與未來具備有效糾錯功能的量子計算機，促使科學界重新審視以下三者在宇宙中的角色：利用量子自由度進行計算的有機生命、人工智慧體以及二者的演化關系。

生命系統的量子之謎
量子力學效應，這套被多數科學家認為僅適用于微觀尺度的物理法則，極易受到環境干擾。這正是量子計算機必須置于低于外太空溫度的極寒環境中的原因，通常也只有原子、分子等微觀粒子才會顯現量子特性。以量子標準衡量，生命系統堪稱極端惡劣的環境：高溫而混沌，就連其基本組成單元（如細胞）在量子尺度下都顯得過于龐大。

然而庫里安團隊去年在含水蛋白質聚合物中發現了一種獨特的量子效應，這種效應能在微米尺度下抵御生命環境的嚴苛挑戰。更引人注目的是，該發現可能為大腦抵御阿爾茨海默病及相關認知障礙癥等神經退行性疾病提供新機制。他們的研究成果不僅為量子計算領域開辟了新型應用平臺，更從根本上重塑了人們對生命與量子力學關系的認知。

生命系統的量子革命

在發表于《科學進展》的獨立研究中，庫里安僅基于三大基礎假設展開推演：標準量子力學、光速設定的相對論極限，以及處于臨界質能密度的物質主導型宇宙。"這些看似平淡的前提，與熱平衡狀態下普遍生物結構中單光子超輻射的實驗確證相結合，將為量子光學、量子信息理論、凝聚態物理、宇宙學和生物物理開辟全新研究方向。

光速量子信號
關鍵分子色氨酸——這種存在于多種蛋白質中、能吸收紫外光并釋放長波熒光的氨基酸，構成了量子效應的物質基礎。色氨酸網絡廣泛存在于微管、淀粉樣纖維、跨膜受體、病毒衣殼、纖毛、中心粒及神經元等細胞結構中。量子生物學實驗室證實細胞骨架微絲中的量子超輻射現象，意味著所有真核生物都可能利用這種量子信號處理信息。

當細胞進行有氧呼吸分解食物時，產生的自由基會釋放損傷性高能紫外光子。色氨酸不僅能吸收這些紫外光并轉化為低能輻射，研究更發現大規模色氨酸網絡憑借量子效應可實現更高效穩健的能量轉換。傳統生化信號傳遞依賴離子跨膜運動，每次電化學過程需數毫秒；而細胞骨架超輻射僅需皮秒（百萬分之一微秒）——這些色氨酸網絡如同量子光纖，使真核細胞的信息處理速度比純化學過程快數十億倍。

哈佛大學理論物理和量子生物學家菲利普·庫里安

參與2024年實驗研究的瑞士洛桑聯邦理工學院馬吉德·切爾吉教授指出：庫里安的發現令人震撼，量子生物學（特別是我們通過標準蛋白質光譜技術觀測到的超輻射特征）有望從光物理角度重新詮釋生命系統的演化歷程。

無神經生命的計算霸權

當科學家們聚焦神經元層面的信息處理時，往往忽視了構成地球生物量主體的細菌、真菌和植物等無神經生物的精妙運算能力。這些早于動物數十億年存在的生命形式，實際主導著地球的碳基計算總量。

星際介質和行星際小行星上已發現類似量子發射體的特征，它們可能是真核生物計算優勢的前身，庫里安的研究為超輻射生命系統如何提升行星計算能力提供了量化框架，這遠比德雷克方程更具說服力，這種信號傳遞與信息處理模式或將徹底改變宜居系外行星的研究范式。"

生物學與量子技術

這項研究同樣引發量子計算學界的關注，因為"嘈雜"環境中脆弱量子效應的存續機制，正是提升量子信息技術魯棒性的關鍵。庫里安與多位量子計算學者的對話中，他們無不驚訝于生物學竟隱藏著如此深刻的量子關聯。目睹量子技術與生命系統間蓬勃發展的聯系十分令人振奮。

研究中，庫里安重新審視了從歷代物理學家延續至今的量子特性與熱力學基本關聯，并指出：隨著生物纖維中紫外激發量子比特的發現，地球上幾乎所有生命都具備了利用可控量子自由度進行計算的能力，其量子信息存儲與糾錯周期甚至超越最先進的晶格表面碼方案。這一切竟發生在溫熱的生命溫液中！量子計算界必將正視這一發現。

該工作也引起了麻省理工（MIT）量子物理學家塞斯·勞埃德的關注，這位量子計算與宇宙信息容量研究的先驅評價道：庫里安博士將計算物理應用于地球生命史總信息量的研究大膽而富有想象力。這提醒我們：生命系統的計算能力仍遠超人工程序。

生命在宇宙宏圖中的坐標

庫里安總結道：在人工智能與量子計算機時代，我們需謹記物理定律約束著所有智能體的行為，盡管這些嚴格限制同樣適用于生命觀測、認知與模擬宇宙的能力，但隨著宇宙探索的展開，我們仍能發現其中蘊含的璀璨秩序。人類能扮演這樣的角色，本身就是個奇跡。