2277
Гіпотеза про те, що перелітні птахи відчувають магнітне поле Землі завдяки квантовим ефектам у молекулах, існує майже пів століття, але прямого експериментального підтвердження досі немає. Математики Окінавського інституту науки і технологій розробили нову схему квантового керування, яка підказує експериментаторам, як створювати реалістичні магнітні поля для перевірки цієї ідеї в лабораторії.
Одна з головних моделей магніторецепції пов’язана з так званими радикальними парами. Під час певних біохімічних реакцій виникають два електрони, які короткий час залишаються неспареними й можуть перебувати у квантово пов’язаному стані.
Магнітні властивості електронів визначаються їхнім спіном. Взаємне розташування спінів впливає на те, як довго зберігається квантова когерентність і з якою швидкістю реакція завершується утворенням певних продуктів.
Навіть слабке зовнішнє магнітне поле може трохи змінити цю динаміку. Звідси виникла ідея: якщо у клітинах ока або іншій чутливій тканині є відповідні молекули, птах потенційно може сприймати напрямок земного поля через зміну виходу біохімічної реакції.
Проте сам квантовий ефект існує дуже короткий час і на мікроскопічному масштабі. Відтворити його так, щоб можна було однозначно відрізнити потрібну реакцію від інших процесів, надзвичайно складно.
Команда працювала з теорією оптимального квантового керування — математикою, яка відповідає на питання, як зовнішнім полем перевести квантову систему з одного стану в інший максимально ефективно.
Ідеально оптимальна стратегія відома як «bang-bang» керування: магнітне поле майже миттєво перемикається між крайніми значеннями. Математично це дуже ефективно, але створити такі різкі перемикання на квантових часових масштабах у реальному експерименті надзвичайно важко.
У новій роботі дослідники довели, що можна використати гладкі, безперервні магнітні поля, які реально створити в лабораторії. За розрахунками, така схема здатна привести систему до стану, що відрізняється від математично оптимального менш ніж на один відсоток.
Це не доводить, що птахи справді використовують квантове заплутування для навігації. Результат дає практичний рецепт для експерименту, який може значно точніше перевірити поведінку радикальних пар під керованим магнітним впливом.
Та сама математика має значення і для квантових технологій. Керування спінами магнітними полями лежить в основі багатьох схем квантових обчислень і сенсорів, тому метод, розроблений для проблеми біологічної навігації, може застосовуватися далеко за межами орнітології.
https://phys.org/news/2026-09-quantum-algorithm-birds-migrate.html
