Kvantinė mechanika Lietuvoje

Gyvybės žemėje kilmė ir kvantiniai kompiuteriai. Mokslininkai susiejo šias dvi itin svarbias tyrimų sritis intriguojančiame projekte „Programuojamų dirbtinių ląstelių evoliucija”, sutrumpintai PACE. Programos dalyviai kuria pagrindus naujos kartos įterptinėms IT  sistemoms, naudojant šiems tikslams savaime susiformuojančias dirbtines ląsteles, kurios pasižymi visomis gyvų ląstelių savybėmis.

Projektas, finansuojamas Europos Sąjungos gimstančių ateities technologijų programos lėšomis, prasidėjo 2004 metais. PACE konsorciumas bendradarbiauja su Los Alamos centre vykdomu protoląstelių kūrimo projektu. Amerikiečių mokslininkai sukūrė minimalias ląsteles, dar vadinamas protoląstelėmis. Tačiau kaip įrodyti, kokia jų struktūra ir ar jos funkcionuoja kaip tikros, gyvos ląstelės? Tiesiogiai stebėti tokių darinių praktiškai neįmanoma, nes jų skersmuo tesiekia penkis nanometrus. Todėl dr. Arvydo Tamulio grupė nusprendė nustatyti tikslią dirbtinių ląstelių struktūrą ir išsiaiškinti jų veikimo mechanizmus, naudojant kvantinės mechanikos metodus.

Šios protoląstelės maždaug tūkstantį kartų mažesnės už šiuolaikines gyvas ląsteles. Mokslininkų manymu, toks lengvas jų savaiminis suformavimas įrodo, jog jos gan greitai atsirado pirmykštėje Žemėje prieš maždaug 3,8 mlrd. metų. Tai ir buvo pirmoji gyvybė. Pirmosios ląstelės buvo labai paprastos. Jos turėjo peptidinę nukleino rūgštį – stabilesnį RNR  bei DNR pirmtaką. Mat tuo metu planetoje buvo aukšta temperatūra, ją negailestingai švitino UV spinduliai. Sąlygoms keičiantis, per kelis šimtus milijonų metų genetinės informacijos nešėja tapo mums puikiai žinoma DNR, kuri lengviau kinta ir todėl organizmai evoliucionuoja.

PACE projektas – tai biotechnologijų, sistemų teorijos, nanomokslo ir IT derinys. Sukurtas dirbtines programuojamas ląsteles tyrėjai ketina pritaikyti informacijos apdorojimo procesuose, medicinoje ir kitur. Jas bus galima naudoti kaip nanorobotus, naikinančius vėžines ląsteles.

Lietuvos mokslininkai sėkmingai paaiškino dirbtinių ląstelių susiformavimo mechanizmus ir netgi pasiūlė, kaip būtų galima jas sutramdyti, t.y. suardyti, naudojant išorinį magnetinį lauką arba įvairių bangos ilgių šviesą. Mokslininkai modeliuoja funkcines dirbtines ląsteles ir kuria molekulinius loginius elementus, kurie valdys šių ląstelių dauginimąsi ar privers jas nusižudyti. Tačiau kaip toks modeliavimas susijęs su kvantiniais kompiuteriais?

„Mes sukūrėme kvantinius prietaisus, kurie gali stimuliuoti dirbtinių ląstelių augimą arba jas suardyti, – sako A. Tamulis. – Sistema veikia, „dovanodama” ląstelei elektroną arba pernešdama jį į kitą struktūros vietą. Tokie kvantiniai prietaisai atitinka šiuolaikinių kompiuterių loginius elementus. Tačiau jie yra 1000 kartų mažesni, tesiekia vos 1 nm. Todėl šiuos darinius galime naudoti kaip kvantinio kompiuterio lustus”.

Gudrios dirbtinės biologinės sistemos, sugebančios saviorganizuotis ir evoliucionuoti, būtinos naujos kartos save taisantiems kompiuteriams gaminti, taip pat įgyvendinti įvairias kitas nanomokslo vizijas.

Dr. Arvydo Tamulio paskaita „Programuojamos dirbtinės gyvos ląstelės – naujos kartos ginklai prieš vėžį ir aplinkos taršą” – rugsėjo 16 d. 15 val. VU Centrinių rūmų Teatro salėje.