Los sistemas biológicos, considerados durante mucho tiempo demasiado caóticos para experimentar efectos cuánticos, podrían estar aprovechando la mecánica cuántica para procesar información a velocidades inalcanzables para cualquier tecnología creada por el ser humano. Una nueva investigación publicada en Science Advances revela que este fenómeno no se limita al cerebro, sino que está presente en toda la vida, incluyendo bacterias y plantas. 

El legado de Schrödinger inspira un salto cuántico

Hace más de 80 años, el físico teórico Erwin Schrödinger revolucionó la comprensión de la vida con sus conferencias en el Trinity College de Dublín, posteriormente recopiladas en su libro ¿Qué es la vida? Ahora, en el marco del Año Internacional de la Ciencia y la Tecnología Cuántica 2025, el físico teórico Philip Kurian ha ampliado estas ideas fundamentales.

Kurian, director del Laboratorio de Biología Cuántica en la Universidad Howard, y autor de este estudio, ha aplicado principios de la mecánica cuántica para redefinir la capacidad total de procesamiento de información en los organismos basados en carbono. Sus hallazgos sugieren un vínculo entre este límite biológico y las restricciones computacionales de toda la materia en el universo. Esta investigación conecta pilares esenciales de la física del siglo XX, como la termodinámica, la relatividad y la mecánica cuántica, planteando un cambio de paradigma en las ciencias biológicas.

El desafío cuántico de los sistemas vivos

La mecánica cuántica, tradicionalmente asociada con partículas subatómicas y sistemas a temperaturas cercanas al cero absoluto, se enfrenta a un desafío en los sistemas biológicos, caracterizados por su calidez y caos. A pesar de estas condiciones hostiles, el equipo de Kurian ha identificado un efecto cuántico en proteínas dentro de soluciones acuosas, lo que sugiere que la vida ha desarrollado mecanismos para aprovechar estos fenómenos.

Este descubrimiento podría tener implicaciones en la comprensión de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer. Además, plantea nuevas aplicaciones para la computación cuántica y cambia la forma en que comprendemos la relación entre la biología y la física cuántica. Kurian considera que la confirmación de la superradiancia de fotón único en estructuras biológicas abre nuevas líneas de investigación en óptica cuántica, teoría de la información y cosmología.

Señales cuánticas a la velocidad de la luz

El triptófano, un aminoácido esencial en muchas proteínas, desempeña un papel clave en este proceso. Esta molécula absorbe luz ultravioleta y la reemite con una longitud de onda mayor, lo que permite la formación de redes en estructuras celulares como microtúbulos, neuronas y células ciliadas. La capacidad de la vida para aprovechar esta propiedad abre nuevas puertas en el estudio del procesamiento de información.

Mientras que la señalización bioquímica tradicional tarda milisegundos en transmitir información, la superradiancia cuántica en estructuras celulares ocurre en picosegundos, un millón de veces más rápido. Este hallazgo sugiere que las células eucariotas podrían estar utilizando una especie de «fibra óptica cuántica» para procesar información con una eficiencia sin precedentes.

El poder de la vida sin neuronas

A menudo se asocia el procesamiento de información con organismos que poseen sistemas neuronales, pero esta investigación demuestra que bacterias, hongos y plantas también realizan cálculos complejos. Estos organismos, que han existido en la Tierra durante mucho más tiempo que los animales, representan la mayor parte de la computación basada en carbono en el planeta.

Los hallazgos de Kurian proponen que incluso en el medio interestelar y en asteroides interplanetarios podrían existir emisores cuánticos similares, lo que podría proporcionar pistas sobre la ventaja computacional de la vida eucariota y su potencial en la exploración de exoplanetas habitables.

Este descubrimiento también ha captado la atención de investigadores en computación cuántica. La capacidad de los sistemas vivos para mantener efectos cuánticos en entornos ruidosos podría inspirar avances en la tecnología cuántica.

«Es sorprendente ver la conexión entre la tecnología cuántica y los sistemas vivos», comenta el profesor Nicolò Defenu, del Instituto Federal de Tecnología de Zúrich. Kurian concluye que, en un universo regido por leyes físicas estrictas, la vida sigue siendo capaz de explorar, aprender y adaptarse, desempeñando un papel fundamental en la gran historia del cosmos.

Referencia:

• Computational capacity of life in relation to the universe. Link.