Mais de 80 anos atrás, Erwin Schrödinger, um físico teórico imerso na filosofia de Schopenhauer e nos Upanishads, deu uma série de palestras públicas no Trinity College, em Dublin, que acabaram sendo publicadas em 1944 sob o título "O que é a vida?"

Agora, no Ano Internacional da Ciência e Tecnologia Quântica de 2025, Philip Kurian, físico teórico e diretor fundador do Laboratório de Biologia Quântica (QBL) da Universidade Howard em Washington, DC, usou as leis da mecânica quântica, postuladas por Schrödinger, e a descoberta do QBL de filamentos citoesqueléticos exibindo características ópticas quânticas , para definir um limite superior drasticamente revisado na capacidade computacional da vida baseada em carbono em toda a história da Terra.

Publicado na Science Advances , o trabalho mais recente de Kurian conjectura uma relação entre esse limite de processamento de informações e o de toda a matéria no universo observável.

"Este trabalho conecta os pontos entre os grandes pilares da física do século XX — termodinâmica, relatividade e mecânica quântica — para uma grande mudança de paradigma nas ciências biológicas, investigando a viabilidade e as implicações do processamento de informações quânticas em wetware em temperaturas ambientes", disse Kurian.

"Físicos e cosmólogos devem se debruçar sobre essas descobertas, especialmente porque consideram as origens da vida na Terra e em outras partes do universo habitável, evoluindo em sintonia com o campo eletromagnético."

Os efeitos da mecânica quântica — as leis da física que muitos cientistas acham que se aplicam apenas em pequenas escalas — são sensíveis a perturbações. É por isso que os computadores quânticos devem ser mantidos em temperaturas mais frias do que o espaço sideral, e apenas objetos pequenos, como átomos e moléculas, normalmente exibem propriedades quânticas.

Pelos padrões quânticos, os sistemas biológicos são ambientes bastante hostis: são quentes e caóticos, e até mesmo seus componentes fundamentais — como as células — são considerados grandes.

Mas o grupo de Kurian descobriu no ano passado um efeito distintamente quântico em polímeros de proteína em solução aquosa, que sobrevive a essas condições desafiadoras na escala de mícron, e também pode apresentar uma maneira para o cérebro se proteger de doenças degenerativas como Alzheimer e demências relacionadas. Seus resultados sugeriram novas aplicações e plataformas para pesquisadores de computação quântica, e eles representam uma nova maneira de pensar sobre a relação entre a vida e a mecânica quântica.

Em seu artigo de autoria única na Science Advances , Kurian considerou apenas uma mera trifeta de suposições abrangentes: a mecânica quântica padrão , o limite de velocidade relativístico definido pela luz e um universo dominado pela matéria com densidade crítica de massa-energia.

"Combinado com essas premissas bastante inócuas, a notável confirmação experimental da superradiância de fóton único em uma arquitetura biológica onipresente em equilíbrio térmico abre muitas novas linhas de investigação em óptica quântica, teoria da informação quântica, física da matéria condensada, cosmologia e biofísica", disse o professor Marco Pettini, da Universidade de Aix-Marselha e do Centro de Física Teórica do CNRS (França), que não estava associado ao trabalho.

A molécula-chave que permite essas propriedades notáveis é o triptofano, um aminoácido encontrado em muitas proteínas que absorve luz ultravioleta e a reemite em um comprimento de onda maior. Grandes redes de triptofano se formam em microtúbulos, fibrilas amiloides, receptores transmembrana, capsídeos virais, cílios, centríolos, neurônios e outros complexos celulares.

A confirmação da superradiância quântica nos filamentos do citoesqueleto pelo QBL tem a consequência profunda de que todos os organismos eucarióticos podem usar esses sinais quânticos para processar informações.

Para quebrar os alimentos, as células que passam por respiração aeróbica usam oxigênio e geram radicais livres, que podem emitir partículas de luz UV prejudiciais e de alta energia. O triptofano pode absorver essa luz ultravioleta e reemiti-la em uma energia mais baixa. E, como o estudo QBL descobriu, redes muito grandes de triptofano podem fazer isso de forma ainda mais eficiente e robusta devido aos seus poderosos efeitos quânticos.

O modelo padrão para sinalização bioquímica envolve íons se movendo através de células ou membranas, gerando picos em um processo eletroquímico que leva alguns milissegundos para cada sinal. Mas a neurociência e outros pesquisadores biológicos só recentemente se deram conta de que essa não é toda a história.

A superradiância nesses filamentos citoesqueléticos acontece em cerca de um picosegundo — um milionésimo de microssegundo. Suas redes de triptofano podem estar funcionando como fibras ópticas quânticas que permitem que células eucarióticas processem informações bilhões de vezes mais rápido do que processos químicos sozinhos permitiriam.

"As implicações dos insights de Kurian são surpreendentes", disse o professor Majed Chergui da École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suíça) e da Elettra-Sincrotrone Trieste (Itália), que apoiaram o estudo experimental de 2024.

"A biologia quântica — em particular nossas observações de assinaturas superradiantes a partir de métodos padrão de espectroscopia de proteínas, guiadas por sua teoria — tem o potencial de abrir novas perspectivas para a compreensão da evolução dos sistemas vivos, à luz da fotofísica."

Ao pensar no processamento de informações biológicas principalmente no nível do neurônio, muitos cientistas ignoram o fato de que organismos aneurais — incluindo bactérias, fungos e plantas, que formam a maior parte da biomassa da Terra — realizam computações sofisticadas. E como esses organismos estão em nosso planeta há muito mais tempo do que os animais, eles constituem a vasta maioria da computação baseada em carbono da Terra.

"Há assinaturas na mídia interestelar e em asteroides interplanetários de emissores quânticos semelhantes, que podem ser precursores da vantagem computacional da vida eucariótica", disse Dante Lauretta, professor de ciência planetária e cosmoquímica na Universidade do Arizona e diretor do Centro de Astrobiologia do Arizona, que não estava associado ao trabalho.

"As previsões de Kurian fornecem limites quantitativos, além da equação coloquial de Drake, sobre como sistemas vivos superradiantes aumentam a capacidade de computação planetária. As propriedades notáveis dessa modalidade de sinalização e processamento de informações podem mudar o jogo no estudo de exoplanetas habitáveis."

Esta última análise também atraiu a atenção de pesquisadores em computação quântica, porque a sobrevivência de efeitos quânticos frágeis em um ambiente "barulhento" é de grande interesse para aqueles que querem tornar a tecnologia de informação quântica mais resiliente. Kurian teve conversas com vários pesquisadores de computação quântica que ficaram surpresos ao encontrar tais conexões nas ciências biológicas .

"Essas novas comparações de desempenho serão de interesse para a grande comunidade de pesquisadores em sistemas quânticos abertos e tecnologia quântica", disse o professor Nicolò Defenu do Instituto Federal de Tecnologia (ETH) de Zurique, na Suíça, um pesquisador quântico que não estava associado ao trabalho. "É realmente intrigante ver uma conexão vital e crescente entre a tecnologia quântica e os sistemas vivos."

No artigo da Science Advances , Kurian explica e revisita propriedades quânticas fundamentais e considerações termodinâmicas de uma longa linhagem de físicos que deixaram clara a ligação essencial entre física e informação.

Com a descoberta de qubits excitados por UV em fibras biológicas por seu grupo, quase toda a vida na Terra tem a capacidade física de computar com graus de liberdade quântica controláveis, permitindo o armazenamento e a manipulação de informações quânticas com ciclos de correção de erros que superam em muito os mais recentes códigos de superfície baseados em redes.

"E tudo isso em uma sopa quente! O mundo da computação quântica deveria levar isso a sério", disse Kurian.

O trabalho também chamou a atenção do físico quântico Seth Lloyd, professor de engenharia mecânica no MIT e pioneiro no estudo da computação quântica e da capacidade computacional do universo.

"Eu aplaudo os esforços ousados e imaginativos do Dr. Kurian para aplicar a física fundamental da computação à quantidade total de processamento de informações realizado por sistemas vivos ao longo da vida na Terra. É bom lembrar que a computação realizada por sistemas vivos é muito mais poderosa do que aquela realizada por sistemas artificiais", disse Lloyd.

"Na era das inteligências artificiais e dos computadores quânticos, é importante lembrar que as leis físicas restringem todos os seus comportamentos", disse Kurian.

"E ainda assim, embora esses limites físicos rigorosos também se apliquem à capacidade da vida de rastrear, observar, conhecer e simular partes do universo, ainda podemos explorar e dar sentido à ordem brilhante dentro dele, à medida que a história cósmica se desenrola. É inspirador que possamos desempenhar tal papel."