Comprender la naturaleza de la conciencia es uno de los problemas más difíciles de la ciencia. Algunos científicos sugerido que la mecánica cuántica, y en particular el entrelazamiento cuántico, es la clave para desentrañar el fenómeno.

Ahora, un grupo de investigación en China ha demostrado que se pueden generar muchos fotones entrelazados dentro de la vaina de mielina que cubre las fibras nerviosas. Esto podría explicar la rápida comunicación entre neuronas, que hasta ahora se consideraba inferior a la velocidad del sonido, demasiado lenta para explicar cómo se produce la sincronización neuronal.

el papel es publicado en el diario Revisión física E.

«Si el poder de la evolución buscara acciones prácticas a distancia, el entrelazamiento cuántico sería [an] candidato ideal para este puesto», dijo Yong-Cong Chen en una declaración a Phys.org. Chen es profesor en el Centro de Ciencias Biológicas Cuantitativas de Shanghai y en el Departamento de Física de la Universidad de Shanghai.

El cerebro se comunica consigo mismo mediante la activación de señales eléctricas llamadas sinapsis entre las neuronas, que son los componentes principales del tejido nervioso. De la actividad sincronizada de millones de neuronas depende la conciencia (entre otras funciones del cerebro). Pero se desconoce cómo se produce esta sincronización precisa.

Las conexiones entre neuronas se denominan axones (estructuras largas similares a cables eléctricos) y están cubiertas por una capa («funda») hecha de mielina, un tejido blanco hecho de lípidos.

Compuesta por hasta cientos de capas, la mielina aísla los axones, además de darles forma y proporcionarles energía. (De hecho, una serie de estas vainas se extienden a lo largo de todo el axón. La vaina de mielina suele tener una longitud de aproximadamente 100 micrones, con espacios de 1 a 2 micrones entre ellas). La evidencia reciente sugiere La mielina también juega un papel importante en la promoción de la sincronización entre neuronas.

Pero la velocidad a la que las señales se propagan a lo largo de los axones es más lenta que la velocidad del sonido, a veces mucho más lenta: demasiado lenta para crear los millones de sincronizaciones neuronales que son la base de todas las cosas asombrosas que el cerebro puede hacer.

Para resolver este problema, Chen y sus colegas investigaron si podría haber fotones entrelazados dentro de este sistema axón-mielina que pudieran, a través de la magia del entrelazamiento cuántico, comunicarse instantáneamente a través de las distancias involucradas.

Un ciclo de ácido tricarboxílico libera energía almacenada en nutrientes, con una cascada de fotones infrarrojos liberados durante el proceso de ciclo. Estos fotones se acoplan a las vibraciones de los enlaces carbono-hidrógeno (CH) en las moléculas de lípidos y las excitan a un estado de energía vibratoria más alta. A medida que el enlace pasa a un estado de energía vibratoria más baja, libera una cascada de fotones.

El grupo chino aplicó electrohidrodinámica cuántica de cavidad a un cilindro perfecto rodeado de mielina, suponiendo razonablemente que la pared exterior de la vaina de mielina es una pared conductora perfectamente cilíndrica.

Utilizando técnicas de mecánica cuántica, cuantificaron los campos electromagnéticos y el campo eléctrico dentro de la cavidad, así como los fotones (es decir, los trataron a todos como objetos cuánticos) y luego, con algunas suposiciones simplificadoras, resolvieron las ecuaciones resultantes.

Al hacer esto, obtuvieron la función de onda del sistema de dos fotones que interactúan con la materia dentro de la cavidad. Luego calcularon el grado de entrelazamiento de los fotones determinando su entropía cuántica, una medida del desorden, utilizando una extensión de la entropía clásica desarrollada por el erudito científico John von Neumann.

«Hemos demostrado que los dos fotones pueden tener una tasa de entrelazamiento más alta en algunas ocasiones», dijo Chen en su declaración.

La pared conductora limita los modos de ondas electromagnéticas que pueden existir dentro del cilindro, lo que convierte al cilindro en una cavidad electromagnética que contiene la mayor parte de su energía en su interior. Estos modos son diferentes de las ondas electromagnéticas continuas («luz») que existen en el espacio libre.

Son estos modos discretos los que dan como resultado la producción frecuente de fotones altamente entrelazados dentro de la cavidad de mielina, cuya tasa de producción puede aumentar significativamente en comparación con dos fotones no entrelazados.

El entrelazamiento significa que el estado de dos fotones no es una combinación clásica de dos estados de fotones. En cambio, medir o interactuar con uno de los fotones afecta instantáneamente la misma propiedad que el segundo fotón, sin importar qué tan lejos esté.

Se ha demostrado el entrelazamiento en un sistema cuyos miembros están separados por más de 1.000 km. No existe nada parecido en la física clásica; es puramente un fenómeno cuántico. En este caso, el entrelazamiento aumentaría la posibilidad de una señalización mucho más rápida a lo largo de secciones de mielina que envuelven segmentos de la longitud del axón.

Una posibilidad, escriben los autores, es que el entrelazamiento de fotones podría convertirse en entrelazamiento a lo largo de los canales de iones de potasio en la neurona. De ser así, la apertura y cierre de un canal podría afectar el desempeño de otro en otro lugar.

Chen dijo a Phys.org que el resultado es una combinación de dos fenómenos que existen pero que aún son en gran medida misteriosos: la conciencia (y mucho menos la conciencia cuántica) y el entrelazamiento cuántico.

«No diremos que existe una conexión directa. En esta etapa inicial, nuestro objetivo principal es identificar posibles mecanismos de sincronización neuronal que afectan a diversos procesos neurobiológicos. A través de este trabajo, esperamos lograr una mejor comprensión».

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