論文の概要: On the Potential of Microtubules for Scalable Quantum Computation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.20364v1
• Date: Mon, 26 May 2025 09:47:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-28 17:05:58.209583
• Title: On the Potential of Microtubules for Scalable Quantum Computation
• Title（参考訳）: スケーラブル量子計算のためのマイクロチューブの可能性について
• Authors: Nick E. Mavromatos, Andreas Mershin, Dimitri V. Nanopoulos,
• Abstract要約: マイクロチューブ(MT)格子におけるチューリンヘテロ二量体の量子コヒーレンス特性について検討した。 MT関連タンパク質を介して論理ゲート様の振る舞いを基盤とし、これらの構造がスケーラブルで環境温度の量子計算をどのようにサポートするのかを詳述する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We examine the quantum coherence properties of tubulin heterodimers in the Microtubule (MT) lattice. In the cavity-MT model proposed by the authors, according to which the MT interiors are modeled as high-Q quantum-electrodynamics cavities, decoherence-resistant entangled states have been argued to emerge under physiological conditions, with decoherence times of order $\mathcal{O}(10^{-6})$ s. The latter is the result of strong electric-dipole interactions of tubulin dimers with ordered-water dipole quanta in the MT interior. We re-interpret the classical nonlinear (pseudospin) $\sigma$-models, describing the emergent dynamics of solitonic excitations in such systems, as representing quantum coherent (or possibly pointer) states, arising from the incomplete collapse of quantum-coherent dipole states. These solitons mediate dissipation-free energy transfer across the MT networks. We underpin logic-gate-like behavior through MT-associated proteins and detail how these structures may support scalable, ambient-temperature quantum computation, with the fundamental unit of information storage being a quDit associated with the basic unit of the MT honeycomb lattice. We describe in detail the decision-making process, after the action of an external stimulus, during which optimal path selection for energy-loss-free signal and information transport across the MT network emerges. Finally, we propose experimental pathways, including Rabi-splitting spectroscopy and entangled surface plasmon probes, to experimentally validate our predictions for MT-based, scalable quantum computation.
• Abstract（参考訳）: マイクロチューブ(MT)格子におけるチューリンヘテロ二量体の量子コヒーレンス特性について検討した。 著者らが提案したキャビティ-MTモデルでは、MTの内部は高Q量子電気力学キャビティとしてモデル化されており、デコヒーレンス耐性の絡み合った状態は生理的条件下で出現し、デコヒーレンス時間は$$\mathcal{O}(10^{-6})$ sである。 後者は、MT内部のチューリン二量体と秩序水二量体との強い電気双極子相互作用の結果である。 古典的非線形 (pseudospin) $\sigma$-models を再解釈し、量子コヒーレント状態(あるいはポインタ)を表現し、量子コヒーレント双極子状態の不完全崩壊から生じるソリトニック励起の創発的ダイナミクスを記述する。 これらのソリトンはMTネットワーク間の無散逸エネルギー移動を媒介する。 MTハニカム格子の基本単位に関連付けられた量子単位である情報記憶の基本単位を、MT関連タンパク質を介して論理ゲート様の振る舞いを基盤とし、これらの構造がどのようにスケーラブルで環境温度の量子計算をサポートするのかを詳述する。 MT網を横断する情報伝達とエネルギー損失のない信号に対して最適な経路選択を行う外部刺激の作用による意思決定過程について詳述する。 最後に,ラビ分割分光法や曲面プラズモンプローブなどの実験経路を提案し,MTに基づくスケーラブルな量子計算の予測を実験的に検証する。

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