近年来，有证据表明量子物理似乎在一些生命的基本过程中发挥着作用。但具体如何发挥作用，目前仍是一个谜。
一方面，量子现象通常非常微妙，只能在其他所有影响都被抑制的情况下才能观察到——换句话说，是在精心控制的、接近绝对零度的系统中。相比之下，生命的条件通常是复杂、温暖和潮湿的。理解这种看似矛盾的状况是一个重要的目标。
因此，物理学家和生物学家热衷于探索这两个截然不同的领域——生命和量子力学——的边界，以更好地理解它们可能重叠的地方。
现在，新加坡南洋理工大学的Rainer Dumke及其同事利用超导量子比特和一种称为水熊虫的微小动物，创造了一种称为纠缠的奇异量子状态。在此过程中，该团队创造了迄今为止最极端的悬浮动画形式。“水熊虫本身被证明与剩余的子系统发生了纠缠，”他们说道。
纠缠的水熊虫
水熊虫以通过进入一种称为隐生期（cryptobiosis）的状态来应对极端条件而闻名。当动物被冷冻或脱水时，就会诱发隐生期，生物进入一种称为“桶”（tun）的低代谢活动状态。当温度升高且水分再次可用时，水熊虫通常会在几分钟内复苏。
为了进行纠缠实验，Dumke等人将他们的水熊虫冷却到低于10毫开（millikelvin），接近绝对零度，同时将压力降低到大气压的百万分之一。在这些条件下，任何化学反应都无法发生，因此水熊虫的新陈代谢必须完全停止，生命过程也随之暂停。
“这是迄今为止水熊虫记录到的最极端的低温和低压暴露，清楚地表明隐生期状态最终涉及所有新陈代谢过程的暂停，因为所有组成分子冷却到其基态时，所有化学反应都会被禁止，”研究人员说道。
在这种条件下，水熊虫可以被视为纯粹的介电元件。事实上，研究人员通过将水熊虫视为一个介电立方体来模拟他们的实验。
实验装置由两个超导电容器组成，当冷却时，它们可以处于一种称为量子比特的叠加状态。他们将水熊虫放置在一个量子比特的电容器极板之间，使其成为电容器的一个组成部分。然后，团队能够测量水熊虫对量子比特特性的影响。
量子比特
接下来，他们将这个量子比特与其邻居纠缠起来，使整个系统成为一个单一的量子对象。换句话说，水熊虫与其直接环境发生了纠缠。
“我们观察到了处于隐生期的水熊虫与超导量子比特之间的耦合，并在这个组合系统与另一个量子比特之间准备了一个高度纠缠的状态，”Dumke等人说道。
最后，在隐生期超过两周后，团队缓慢地将水熊虫升温，同时将其重新暴露在普通大气压下。“观察到该动物恢复到其活跃形态，为复杂生命形式能够生存的条件创下了新纪录，”团队说道。
这项有趣的工作将生命的条件推向了新的极限，并展示了量子效应可能如何被引入。
然而，这项工作对于解释量子物理如何可能参与生命过程——复杂的化学反应、分子运动等等——并没有多大帮助。
尽管如此，这项工作无疑是迈向更宏伟目标的第一步，团队说道。“我们的工作为创造由生命物质和量子比特组成的混合系统提供了第一步，这是一个令人兴奋的方向。”
参考：超导量子比特与水熊虫的纠缠：arxiv.org/abs/2112.07978
