Yeni araştırmalar, doğadaki canlı sistemlerin insan yapımı hesap makinelerinden çok daha güçlü olabileceğini öne sürerken Schrödinger’in yıllar önce sorduğu “Hayat nedir?” sorusuna cevap verebilir.
80 yıl önce, Erwin Schrödinger’in “Yaşam Nedir?” sorusuyla başlayan tartışmalar, bugün kuantum biyoloji alanında yeni boyutlar kazanıyor. 2025 Uluslararası Kuantum Bilim ve Teknoloji Yılı kapsamında, Howard Üniversitesi Kuantum Biyoloji Laboratuvarı’ndan (QBL) teorik fizikçi Philip Kurian, yaşamın hesaplama kapasitesine dair çığır açan bir yaklaşım sunuyor. Kurian’ın çalışması, evrenin temel fizik kuralları — kuantum mekaniği, görelilik ve termodinamik — ışığında, karbon temelli yaşamın bugüne kadar gerçekleştirdiği bilgi işlem gücünü yeni bir sınır değerine oturtmayı hedefliyor.
Geleneksel biyoloji, canlı sistemlerdeki bilgi aktarımını kimyasal sinyaller ve nöral ağlar üzerinden açıklarken, kuantum biyoloji bu resmi sarsan farklı bir perspektif sunuyor. Kurian’ın makalesinde, canlı hücrelerde bulunan sitoplazmik filamentler üzerinde gözlemlenen kuantum süperradyans etkisi, mikro ölçekte bile olsa, kuantum bilgiyi işlemeye olanak tanıyor. Bu etki, evrenin temel yasalarından biri olan standart kuantum mekaniği çerçevesinde açıklanabiliyor; aynı zamanda ışık hızının sınırlandırıcı etkisi ve evrenin madde ağırlıklı yapısı gibi kozmolojik varsayımlarla bütünleşiyor.
Kurian, özellikle protein yapıtaşlarından biri olan triptofan’ın rolüne dikkat çekiyor. Triptofan, morötesi ışığı emerek daha düşük enerjili fotonlar şeklinde yeniden yayma özelliğine sahip. Bu özellik, hücre içindeki geniş triptofan ağlarının kuantum optik özelliklerini ortaya çıkarıyor ve klasik kimyasal sinyalleme yöntemlerine kıyasla bilgi aktarımını milyarlarca kat hızlandırıyor.
Sıcak ortamlarda kuantum koherens
Kuantum fenomenler genellikle izole ve soğuk ortamlarda gözlemlenirken, canlı sistemler için durum tamamen farklı: Ortam sıcak, suyla dolu ve kaotik. Yıllardır bilim insanları, bu sıcak ve düzensiz ortamlarda kuantum koherensinin (bir sistemin kuantum durumunun korunması) sürdürülebilir olamayacağını düşünüyordu. Ancak QBL’nin son deneysel çalışmaları, sitoplazmik filamentlerde gözlenen süperradyansın, ortam gürültüsünü bastırarak kuantum koherensini koruyabildiğini ortaya koydu.
Bu durum, doğal ortamlarda yaşayan organizmaların, kendi içlerinde “dekoherens” olarak bilinen kuantum bozulmasını aşacak mekanizmalar geliştirdiğini düşündürüyor. Örneğin, bazı araştırmalar canlı hücrelerin iç yapısının, enerji transferini optimize eden ve çevresel bozulmalara karşı dayanıklı hale getiren özel düzenekler içerdiğini göstermiştir. Bu düzenekler, canlı sistemlerin evrimsel süreçte geliştirdiği doğal bir “kuantum hata düzeltme” mekanizması olarak da yorumlanabilir.
Günümüzde kuantum bilgisayarlar, olağanüstü işlem gücü sunma vaadiyle öne çıkıyor; ancak pratikte koherens kaybı ve çevresel gürültü gibi problemlerle mücadele ediyorlar. Kurian’ın çalışması, doğadaki canlı sistemlerin ambient (oda) sıcaklıkta uzun süre kuantum hesaplama yapabildiğini göstermesi açısından önemli bir dönüm noktası. Bu durum, canlı sistemlerin biyokimyasal sinyallerle gerçekleştirdiği bilgi aktarımının klasik yöntemlerle kıyaslanamayacak kadar hızlı ve etkili olduğunu ortaya koyuyor.
MIT’den kuantum fizikçisi Seth Lloyd, “Doğanın, milyarlarca yıl süren evrimsel süreçte geliştirdiği hesaplama yöntemleri, insan eliyle inşa edilen yapay kuantum sistemlere kıyasla çok daha sofistike olabilir,” derken, bu bulgunun potansiyelini vurguluyor. ETH Zürih’ten Prof. Nicolò Defenu de, biyolojik ortamlarda gözlemlenen süperradyansın, geleceğin kuantum teknolojileri için ilham verici çözümler sunabileceğine işaret ediyor.
Hesap makinesi
Kurian’ın yaklaşımının bir diğer çarpıcı boyutu, hesaplama kapasitesinin sadece yerel canlı sistemlerle sınırlı kalmayıp, evrenin tamamını kapsayan bir ölçekte değerlendirilebilmesidir. Arizona Üniversitesi’nden Prof. Dante Lauretta, interstelar ortamda benzer kuantum ışık yayıcı yapıların izlerine rastlandığını belirtiyor. Bu durum, gezegenimizdeki yaşamın evrensel hesaplama kapasitesiyle karşılaştırılmasında yeni metrikler sunabilir.
Bilim insanları, yaşamın evrimsel geçmişinde, özellikle bakteriler, mantarlar ve bitkiler gibi sinir sistemi bulunmayan organizmaların, gezegenin toplam biyokütlesi ve bilgi işleme kapasitesi üzerinde belirleyici bir rol oynadığını düşünüyorlar. Kurian’ın ortaya koyduğu sınır değerleri, sadece Dünya’daki yaşamı değil, potansiyel olarak diğer gezegenlerde var olabilecek yaşam formlarının da hesaplama gücünü sorgulamamıza neden oluyor.
Kurian’ın çalışması, yalnızca bilimsel bir keşif değil, aynı zamanda felsefi soruları da beraberinde getiriyor. Schrödinger’in “Yaşam nedir?” sorusu, bugün kuantum mekaniği ve modern teknolojilerin ışığında yeniden yorumlanıyor. Bu araştırma, canlı sistemlerin bilgi işleme gücünün sınırlarını belirlerken, evrenin temel düzeni ve kozmik bilgi aktarım mekanizmaları hakkında da yeni perspektifler sunuyor.
Gelecekte, bu alanda yapılacak daha kapsamlı deneyler ve teorik çalışmalar, kuantum biyolojinin uygulamalı teknolojilere nasıl entegre edilebileceği konusunda yol gösterici olabilir. Özellikle kuantum hata düzeltme, enerji verimliliği ve veri işleme hızları gibi konularda, doğadan ilham alınarak geliştirilecek yeni yöntemler, yapay zeka ve kuantum bilgisayar teknolojilerinde devrim yaratma potansiyeline sahip.
Philip Kurian ve ekibinin çalışmaları, canlı sistemlerin yalnızca kimyasal sinyallerle değil, aynı zamanda kuantum mekanizmalara dayalı olağanüstü bir bilgi işleme kapasitesine sahip olduğunu ortaya koyuyor. Bu bulgular, evrende yaşamın nasıl ortaya çıktığı, evrimleştiği ve bugün hangi ölçekte işlediği konusunda derinlemesine sorular soruyor. Bilim insanları, doğanın kendi “kuantum bilgisayarlarını” nasıl geliştirdiğini anlamak için hem laboratuvar deneyleri hem de kozmik gözlemlerle araştırmalarını sürdürüyor.
Kuantum biyoloji, teknolojinin ötesinde, evrenin temel işleyişine dair yeni bir anlayış sunarken, aynı zamanda yaşamın en büyük sırlarından birini aydınlatma yolunda ilerliyor: Bilgi, evrenin her köşesinde, en beklenmedik biçimlerde varlık gösteriyor.Kaynak: Science Advances
