細胞は量子コンピュータよりも早く計算できる可能性がある (3/3)

地球規模の情報処理と私たちの存在意義

私たちが普段「生命の情報処理」と聞くと、多くの人は脳や神経系の働き、あるいはDNAの遺伝子情報などを想像するでしょう。

確かに、これらは生物学の主要なテーマですが、今回の研究からは、私たちが考えていた以上に“細胞レベル”の仕組みで、しかも“量子的なふるまい”を活用している可能性があることが浮かび上がってきました。

もともと従来の見方では、動物の脳内にある無数の神経細胞をすべて足し合わせたとしても、その情報処理能力には“古典的な限界”があると考えられてきました。

ところが、細胞骨格を構成するタンパク質繊維が、紫外線励起によって「超放射（スーパーラディアンス）」という現象を起こすとき、想像以上に高度な量子効果が働いていることが分かってきたのです。

簡単に言えば、タンパク質の分子たちが一斉に光を放つことで、全体として非常に高速で協調的な情報処理が可能になる、というイメージです。

ここで特に話題になっているのは、地球上の真核生物が長い年月のあいだに積み重ねてきた情報処理量が、なんと“宇宙全体の計算回数のおよそ平方根に匹敵するのではないか”という上限的な推測です。

宇宙全体の計算回数が10の120乗規模だとすると、その平方根は10の60乗という、やはり想像を絶する数字です。

もちろん、宇宙自体がいかに膨大な演算を行っているかは、同じくらい驚くべきことですが、もし地球という一惑星で進化した生命が、その平方根オーダーまで迫る情報処理を長い時間をかけて担っているとしたら——私たちの存在が宇宙の中で占める“計算的な意味”は、これまで考えられていたよりもはるかに重いかもしれません。

さらに今回の実験は、細胞のタンパク質繊維が「マルゴリス＝レヴィティン速度限界」に近いスピードで状態変化を起こせる可能性を示唆しています。

量子コンピュータの研究者にとっては、この速度限界をいかに突破するかが大きな課題ですが、生き物はごく普通の室温環境でそれをすでにやってのけているかもしれない、というのです。

これは非常に刺激的な発想で、生物が自然と“高レベルの量子誤り訂正”や“並列処理”を行っているとすれば、私たちが人工の量子マシンで苦労している問題を、生命はあっさりとクリアしていることになるかもしれません。

将来的に、こうした知見を応用した「バイオ由来の量子計算技術」が登場しても不思議ではないでしょう。

ただし、どうして炭素をベースとする生命体が、そこまで高度かつ安定した量子的プロセスを保てるのかは、まだ大きな謎のままです。

紫外線という比較的エネルギーの高い光を使いながら、しかも熱雑音だらけの地球環境で、どうやって分子同士が絶妙にコヒーレンスを保つのか。

単に「量子効果があるらしい」だけでなく、その背景にある物理メカニズムを突き止めるには、さらに多くの実験や理論モデルが必要です。

量子力学・分子生物学・情報科学の境界領域で、学際的なコラボレーションが今まさに求められているといえます。

もし本当に、細胞レベルから見た生命の営みが“宇宙の計算”に迫るようなスケールで情報処理を行っているのだとしたら、私たちが知っている“生命”や“宇宙”のイメージは、これから大きく塗り替えられる可能性があります。

タンパク質繊維の超放射はまだまだ観測手法も限られており、わからない部分が多いものの、新たな疑問が生まれるたびに研究者たちはさらなる実験や理論の精緻化に取り組もうとしています。

こうして一歩ずつ真相に近づいていくプロセスそのものが、まさに科学の醍醐味といえるかもしれません。

そしてこの先、もし生体量子現象が地球スケール、あるいはもっと広い宇宙スケールの情報処理に影響しているとわかれば、私たちの存在意義や宇宙観はどれほど変わるのか——いまはまだ入口に立ったばかりという状況ですが、その先にどんな世界が広がっているのか、想像するだけでも胸が高鳴るのではないでしょうか。