جان‌سخت‌ترین موجود جهان از درهم‌تنیدگی کوانتومی زنده بیرون آمد
دانشمندان موفق شدند برای نخستین بار یک ارگانیسم چندسلولی را وارد درهم‌تنیدگی کوانتومی کنند و به‌عنوان جان‌سخت‌ترین موجود جهان، تاردیگرید از این آزمایش هم زنده بیرون آمد.
این یک تجربه‌ی تقریبا باورنکردنی است که پژوهشگران دانشگاه صنعتی نانیانگ سنگاپور به‌تازگی به آن دست یافته‌اند؛ درهم‌تنیدگی کوانتومی یک «تاردیگرید» (Tardigrade) با یک کیوبیت ابررسانا! این شاهکار نخستین بار است که یک موجود چندسلولی موضوع این پدیده‌ی کوانتومی قرار می‌گیرد. در آخرین آزمایش، این حیوان حتی از شرایط سختی که بر آن تحمیل شده بود هم جان سالم به‌در برد و می‌توان گفت که انتخاب تاردیگرید برای این مطالعه خطرناک نیست.
درهم‌تنیدگی کوانتومی
درهم‌تنیدگی کوانتومی پدیده‌ای از مکانیک کوانتومی است که هنوز تا حد زیادی درک نشده است و در آن دو ذره یا گروهی از ذرات، یک سیستم مرتبط را تشکیل می‌دهند. بنابراین فاصله‌ی میان آنها هر چه باشد، حالات کوانتومی آنها (۱، ۰ یا هر دو به‌طور هم‌زمان) به هم مرتبط هستند. در این حالت این ذرات به اصطلاح درهم‌تنیده هستند و میان خواص فیزیکی دو ذره همبستگی وجود دارد.
تاریگرادها برای این کار حاضر نیستند، اما یک یادآوری کوچک همیشه می‌تواند سودمند باشد. این موجودات شگفت‌انگیز که به دلیل ظاهر خاص خود «خرس‌های آبی» (Water Bears) هم گفته می‌شوند، به دلیل تاب‌آوری شگفت‌انگیزشان شناخته می‌شوند و می‌توانند در دماها و فشارهای شدید و حتی در خلاء زنده بمانند. به همه‌ی این دلایل، این حیوانات میکروسکوپی که به ایستگاه فضایی بین‌المللی هم رفته‌اند، می‌توانند نخستین مسافران میان‌ستاره‌ای باشند.
یکی از رازهای این مقاومت بی‌چون‌وچرای تاردیگریدها، توانایی آنها برای وارد شدن به حالت «بی‌آب‌زیستی» (Anhydrobiosis) شدید است که گاهی اوقات خواب زمستانی نامیده می‌شود و با خشک کردن تقریبا کامل (حذف ۹۵ درصد از آب بدن خود) برای آن آماده می‌شوند.
در این حالت که «تون» (Tun) نام دارد، آنها شبیه بشکه‌های کوچک هستند و این نام به همین دلیل انتخاب شده است. این واقعیت که این موجودات می‌توانند چنین شرایط شدیدی را تحمل کنند، نشان می‌دهد که مقاومت آنها نتیجه‌ی توقف کامل فرآِیندهای متابولیک آن‌هاست. بنابراین به گفته‌ی «رِینر دامکه» (Rainer Dumke) نویسنده‌ی اصلی این مطالعه و همکارانش، تاردیگریدها کاندیدای ایدئال برای تبدیل شدن به نخستین موجودات چندسلولی بالقوه برای تحمل درهم‌تنیدگی کوانتومی بودند.
برای این آزمایش پژوهشگران یک تاردیگرید از گونه‌ی «رامازوتیوس واریورناتوس» (Ramazzottius variornatus) را در حالت بین دو کیوبیت ابررسانا (معادل بیت در رایانش کلاسیک) قرار دادند. این حیوان توسط اتصال ابررسانا به یک کیوبیت باردار (Qubit B) متصل شد. کیوبیت دوم (Qubit A) فقط توسط یک خازن به کیوبیت B متصل شد.
هنگامی که عناصر آزمایش کاملا در جای خود قرار گرفتند، فشار و دما را کاهش دادند تا جایی که خلأ تقریبا کامل شد و دما تقریبا به صفر مطلق (۲۷۳٫۱۵- درجه‌ی سانتی‌گراد) رسید و بنابراین امکان هر گونه اثر خارجی محتمل روی کیوبیت‌ها و تاردیگریدها گرفته شد. این حالت شیمیایی یخ‌زده، امکان توصیف و بررسی کل سیستم را از نگاه فیزیکی و بدون درنظر گرفتن جنبه‌های زیستی تاردیگرید ممکن کرد.
برای تعیین اینکه آیا حالت درهم‌تنیده بین تاردیگرید و کیوبیت به‌دست آمده است یا خیر، پژوهشگران میزان ارتعاش مجموعه‌ی تاردیگرید-کیوبیت را اندازه گرفتند. نتیجه این بود که محاسبات (بر اساس اندازه‌گیری‌ها) تنها زمانی معنا پیدا می‌کرد که دو جسم در حالت درهم‌تنیدگی کوانتومی درنظر گرفته شوند. در حقیقت زمانی می‌توان گفت که دو ذره درهم‌تنیده می‌شوند که نتوان یکی را به‌طور کامل توصیف کرد، بدون آنکه اطلاعات دیگری در آن گنجانده شود؛ که در این آزمایش چنین بود.
بنابراین محققان توانستند تأیید کنند که حالت درهم‌تنیدگی به‌دست آمده است که تا حدی خواص فیزیکی یک بیت کوانتومی و یک موجود چند سلولی را برای نخستین بار در جهان به هم مرتبط می‌کند. جرئیات آزمایش هم‌اکنون طی یک مقاله‌ی پیش‌انتشار ارائه شده است.
پژوهشگران پس از اندازه‌گیری‌های خود، به‌آرامی فشار تاردیگرید را کاهش داده و گرم کردند و آن را از حالت آرام خارج کردند و به زندگی بازگرداندند. اما رکوردهای ثبت شده توسط این تاردیگرید همین‌جا پایان نمی‌یابد. دمای مورد بحث که به سختی ۰.۰۱ درجه‌ی سانتی‌گراد بالاتر از صفر مطلق بود، پایین‌ترین دمایی است که یک تاردیگرید به‌عنوان سرسخت‌ترین موجود جهان، تاکنون زنده مانده است! البته باید توجه داشت که این تاردیگرید سومین کاندیدای آزمایش بود و در دو آزمایش نخیت، به دلیل گرم شدن سریع بیش از حد زنده نماندند.
به گفته‌ی پژوهشگران، این آزمایش نشان می‌دهد که حیوان در واقع در حالت ایستایی سوخت‌وساز قرار داشته است، زیرا وجود هر گونه فرآیند شیمیایی فعال اجازه‌ی درهم‌تنیدگی کوانتومی را نمی‌دهد. با این وجود، این توقف متابولیسم تاردیگریدها هنوز در جامعه‌ی علمی مورد بحث است و برخی استدلال می‌کنند که فعالیت متابولیکی کمتری همچنان در حالت تون باقی مانده است.
در حالی که تاردیگرید مطمئنا قبل و بعد از درهم‌تنیدگی زنده بوده است، محل بحث این است که آیا او در طول مدت درهم‌تنیدگی هم زنده بوده است؟ و اینکه چگونه درگیر این درهم‌تنیدگی شده است؟ علاوه بر این به گفته‌ی محققان در این نوع آزمایش، هرگز نمی‌دانید که کدام قسمت‌های بدن ارگانیسم واقعا در درهم‌تنیدگی مشارکت دارند. با وجود این موانع فنی، دامکه و تیمش امیدوارند که در آینده با اشکال دیگر حیات درهم‌تنیدگی را آزمایش کنند.
این آزمایش‌ها چه مفهومی دارد؟ ابتدا باید توجه داشت که حفظ یک حالت کوانتومی منطبق با درجات آزادی یک سیستم زیستی چندسلولی به بزرگی یک تاردیگرید، یک دستاورد مهم است و اولین قدم برای مطالعه‌ی اینکه این پدیده‌های کوانتومی که ما تازه شروع به درک آنها از نگاه میکروسکوپی کرده‌ایم. چگونه عمل می‌کنند و در مقیاس بزرگ‌تر و به‌ویژه بر و با موجودات زنده تعامل دارند.