Ante la pregunta "¿existen efectos cuánticos en los sistemas biológicos?" sólo cabe una respuesta. Por supuesto. Es evidente que un árbol, una bacteria, o quien lee este post están formados por átomos. Estos átomos a su vez forman moléculas, que a su vez forman estructuras más grandes. Todos estos son sistemas cuánticos, así que no cabe duda alguna de que un sistema vivo es también un sistema cuántico.¿Cuál es el debate entonces? Bien, primero tenemos que definir qué efectos cuánticos son interesantes y cuáles no.

Investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur han descubierto cómo una mutación en las algas criptofitas que sobreviven en muy bajos niveles de luz permite encender y apagar la coherencia cuántica que se produce durante la fotosíntesis. Este fenómeno sigue siendo un misterio pero creen que podría ayudarles a cosechar la energía del sol con mayor eficiencia y podría llevar a mejores células solares orgánicas y dispositivos basados en cuántica. La mutación afecta a un aminoácido extra de una proteína. En español: goo.gl/GXresq

Alexandra Olaya-Castro, Edward O'Reilly y el equipo de biofísicos de la UCL han descubierto que los cromóforos, las macromoléculas que recogen la luz en las células vegetales, transfieren la energía mediante el aprovechamiento de las vibraciones moleculares cuya descripción física no tiene equivalente en la física clásica. Para observar o explotar fenómenos mecánicos cuánticos, los sistemas tienen que ser enfriado a muy bajas temperaturas. Este no parece ser el caso de las plantas, que muestran propiedades cuánticas a temperatura ambiente.

Investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas han demostrado que en las antenas proteínicas que captan y transfieren la luz durante la fotosíntesis ocurren fenómenos de coherencia cuántica. El estudio, que publica hoy Science, abre una nueva vía para construir dispositivos de energía solar, y plantea preguntas: ¿Fue la evolución quien hizo emerger estos efectos cuánticos en la fotosíntesis para hacerla cada vez más eficiente?

Igual que es falso que sólo usemos el 10% de nuestro cerebro, también es falso que la fotosíntesis tenga una eficiencia de más del 90%. La eficiencia máxima de la fotosíntesis como proceso bioquímico que produce biomasa a partir de radiación solar tiene una eficiencia máxima que ronda el 10%. Si sólo tenemos en cuenta los procesos que ocurren en las moléculas de clorofila, la eficiencia de la conversión de la energía de los fotones incidentes en el proceso de transferencia de electrones tiene una eficiencia que ronda el 50%.

Unos investigadores han creado un compuesto sintético que imita la compleja dinámica cuántica observada en la fotosíntesis. El nuevo compuesto podría abrir nuevos caminos para el desarrollo de mejores tecnologías de energía solar. Ajustar y aplicar efectos cuánticos en compuestos sintéticos para captar y procesar luz no sólo es posible, sino también más fácil de lo que se creía, a juzgar por las conclusiones a las que ha llegado este equipo de la Universidad de Chicago en Estados Unidos.

Investigadores de la Universidad de Chicago han creado un compuesto sintético que imita la compleja dinámica cuántica que se observa en la fotosíntesis, y fundamentalmente puede permitir la creación de nuevas tecnologías de energía solar. La ingeniería de los efectos cuánticos en dispositivos sintéticos de fotocaptación no sólo es posible, sino también es más fácil de lo que se esperaba. Traducción en #1

Una nueva teoría de cómo la fotosíntesis de las plantas implica la coherencia cuántica ha sido sugerido por físicos en el Reino Unido, Alemania y España. Esta última investigación se basa en el estudio de organismos que viven en el fondo del mar y sin embargo, son capaces de convertir la luz solar en energía. El estudio sugiere que las vibraciones moleculares no destruyen la coherencia -como se pensaba anteriormente- sino que la perpetúan e incluso la regeneran. Traducción en #1

Artículo divulgativo que explica los más populares efectos cuánticos que se dan en los sistemas biológicos, como los estados múltiples en la fotosíntesis o el entrelazamiento cuántico en la orientación de los pájaros.

La física cuántica y la biología de las plantas parecían ser como dos ramas de la ciencia totalmente diferentes, pero, sorprendentemente ahora se ha descubierto que están íntimamente ligadas. Investigadores del Departamento de Energía (DOE) del Laboratorio Nacional de Argonne ( EE.UU. ) y del Laboratorio de Radiación de la Universidad de Notre Dame(Francia), utilizaron una espectroscopía ultrarrápida para ver lo que sucede a nivel subatómico durante la primera etapa de la fotosíntesis. Mientras que diferentes especies de plantas, algas y...

Los físicos han encontrado la evidencia más consistente hasta ahora de que los efectos cuánticos alimentan la fotosíntesis. Un experimento publicado recientemente establece una conexión entre la coherencia (las moléculas que interactúan como una, separadas por el espacio pero no por el tiempo) y el flujo de energía que se establece. En español bitnavegante.blogspot.com/2011/12/mas-evidencias-de-la-fisica-cuantica

Si alguien nos dice que durante la fotosíntesis se utiliza la Mecánica Cuántica no nos debería extrañar lo más mínimo. La explicación tiene ya 105 años y fue dada por Albert Einstein, y por ello recibió el Nóbel de Física. Todo el mundo sabe, por tanto, que la Mecánica Cuántica debe jugar un papel esencial en la fotosíntesis, pero los detalles del proceso se desconocían. Un equipo de la Universidad de Toronto ha hecho una gran contribución al campo de la Biología Cuántica al observar estados cuánticos muy especiales durante la fotosíntesis.

[c&p] La física cuántica parece la parte de la física más alejada de la biología, ya que la coherencia cuántica parece poco importante en macromoléculas bioquímicas. Sin embargo, el estudio de la fotosíntesis en algas indica que su alta eficiencia es debida al uso de la coherencia cuántica. Por primera vez, dicho fenómeno ha sido observado experimentalmente a temperatura ambiente. La proteínas fotosintéticas que absorben fotones solares y excitan electrones en moléculas de clorofila actúan como un computador cuántico.

[f.c&p] Los físicos están entusiasmados con el entrelazamiento, un extraño fenómeno cuántico en el cual distintos objetos comparten la misma existencia con independencia de la distancia que los separe. Si el entrelazamiento es más resistente de lo que pensamos, ¿qué papel juega en los seres vivos? Algunas moléculas que toman parte en el proceso de fotosíntesis pueden permanecer entrelazadas incluso a temperatura ambiente atmosférica. Si se confirma el entrelazamiento en la fotosíntesis ¿Existirá algún órgano en el cual pudiera resultar útil?

[c&p] ¿Qué tienen que ver la fotosíntesis de las plantas y la computación cuántica? Hace ya un par de años que se descubrió que la fotosíntesis logra una eficacia de más del 95% gracias a utilizar un algoritmo de búsqueda cuántico para canalizar la energía. Mientras los físicos se afanan en lograr fabricar el primer ordenador cuántico práctico luchando contra la decoherencia, la Naturaleza, como siempre, muy por delante. ¿Podremos algún día desarrollar una tecnología energética renovable que imite la fontosíntesis de las plantas? ...

[En español, el otro está en inglés, no es dup.] El secreto de la eficiencia del proceso de la fotosíntesis, clave para muchas formas de vida, podría hallarse en un mecanismo cuántico que, por primera vez en la historia, ha podido observarse en laboratorio gracias a una técnica denominada de espectroscopia electrónica de dos dimensiones.

La fotosíntesis es posible incluso con niveles de luz extremadamente bajos, según un estudio sobre el desarrollo de microalgas árticas al final de la noche polar. Las mediciones se hicieron por la expedición MOSAiC a 88° de latitud norte, revelaron que las microalgas pueden acumular biomasa a través de la fotosíntesis ya a finales de marzo, cuando el sol apenas asoma por el horizonte, y el hábitat de microalgas, bajo la capa de nieve y hielo, está casi completamente oscuro.

- Paper (abierto): www.nature.com/articles/s41467-024-51636-8

2025 será el Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuántica. Así lo decidió la Organización de las Naciones Unidas, porque ese año se cumple un siglo del desarrollo inicial de la mecánica cuántica. Uno de los apoyos recibidos para esta conmemoración ha sido el de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). Su beneplácito no es sorprendente puesto que la química es, fundamentalmente, el estudio de la materia y los cambios que sufre.

La decoherencia es el punto débil en prototipos de ordenadores cuánticos: al aparecer, desaparecen efectos cuánticos y sus ventajas en computación cuántica. La idea de Peng Wei es original: un superconductor topológico para dar a ordenadores cuánticos robustez al procesar información correctamente; pueden albergar fermiones de Majorana que aparecen por pares con estabilidad razonablemente alta, lo que podría usarse para almacenar información cuántica en 2 lugares diferentes.

- Paper (abierto): www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado4875

Una sospecha que los científicos barajan, por el momento como hipótesis, es la existencia de universos paralelos. De existir, la realidad podría constituirse mediante infinitos universos con objetos y procesos iguales o diferentes a los que hay en el nuestro. Cada cambio de estado, cada decisión podría estar dando a un nuevo universo paralelo donde los acontecimientos dan lugar a distintas circunstancias.

Ahora, un nuevo estudio de la Universidad de Shanghai aporta una prueba más al tribunal neurológico: que un proceso concreto del cerebro humano muestra un comportamiento similar al entrelazamiento cuántico, un fenómeno que se produce cuando dos partículas (normalmente fotones) quedan inextricablemente unidas incluso a grandes distancias. Este fenómeno confundía incluso a las mentes más brillantes, como Albert Einstein, que llamó al entrelazamiento cuántico "espeluznante acción a distancia".

Las computadoras cuánticas son ideales para abordar cuestiones específicas sobre las que los mejores investigadores han estado estudiando durante algún tiempo como, por ejemplo, la optimización de rutas, la durabilidad de los materiales y la optimización de las pilas de combustible. A largo plazo, a partir de 2030, las aplicaciones de la computación cuántica ampliarán la admisión a escala de las computadoras cuánticas universales. Los algoritmos de factorización para descifrar claves de cifrado básicas serán accesibles universalmente.

Los científicos están estudiando partículas que rompen la barrera de constante universal de la velocidad de la luz.

Sabíamos que en el mundo de las partículas elementales el tiempo es un parámetro externo, no un fenómeno intrínseco del universo, como lo entendía Albert Einstein en su teoría de la relatividad. Según un equipo de físicos, hay un camino para unir las dos ideas: el tiempo puede ser sólo un producto del entrelazamiento cuántico. Mientras que la relatividad general describe el tiempo como una entidad dinámica y flexible, la mecánica cuántica lo ve como estático y externo. En otras palabras: no tenemos ni idea de cómo funciona realmente el tiempo.

Como regla general, las galaxias tienen una densidad mucho mayor de estrellas en sus partes internas, densidad que disminuye rápidamente a medida que nos alejamos del centro. Sin embargo, la densidad de estrellas en Nube prácticamente no varía a lo largo de su longitud, y ésta es su principal peculiaridad. Nube aparece como una mancha borrosa: la galaxia enana no se ajusta al modelo actual de naturaleza de materia oscura, y una explicación alternativa es que esta extraña sustancia puede estar formada por partículas cuánticas ultraligeras.

En colaboración con la Universidad de Melbourne, los científicos de Manchester han desarrollado una forma mejorada y ultrapura de silicio que permite la construcción de cúbits de alto rendimiento, fundamentales para el avance de las computadoras cuánticas a gran escala. Se necesitan alrededor de un millón de cúbits para conseguir una computadora cuántica completamente funcional. Sin embargo, el récord actual es de sólo 1.121 cúbits. Comparan el descubrimiento con el obtenido hace más de 100 años por Ernest Rutherford (1871–1937).