Lượng tử của sự chọn lọc tự nhiên*

Những bài cùng tác giả 

Lời giới thiệu:

Trong bài bình luận đăng trên tạp chí Nature Physics số đặc biệt "Darwin và vật lý" (vol. 5, March 2009, pp. 164-166) kỷ niệm 200 năm ngày sinh của Darwin, tiến sĩ Seth Lloyd đã đưa ra ý kiến táo bạo về sự liên hệ giữa thuyết lượng tử và "sự chọn lọc tự nhiên" của Darwin - vốn là nền tảng của thuyết tiến hóa. Để bảo vệ lập luận của mình, Lloyd đã đưa ra năm "món quà" mà thuyết lượng tử đã tặng cho thiên nhiên và những hệ quả rất đậm nét của chúng để lại trong sinh học. Mặt khác, Lloyd tin rằng sự hiện hữu của Vũ Trụ là một biến tấu của sự chọn lọc tự nhiên và toàn bộ các quy luật vật lý trong đó có thuyết lượng tử cũng là một hệ quả của sự chọn loc tự nhiên. Từ quan điểm của một chuyên gia về vi tính lượng tử, Loyd đã có một cái nhìn độc đáo với một chút phá cách về sinh học và thiên nhiên. Những nhận xét của Lloyd về sự tương quan qua lại giữa thuyết lượng tử, sự chọn lọc tự nhiên và vũ trụ trong bài viết ngắn nhưng súc tích và thú vị này có thể chưa được cộng đồng khoa học chấp nhận hoàn toàn, nhưng nó cung cấp một số quan điểm mới để chúng ta cùng suy ngẫm. Trong tinh thần này, chúng tôi xin phép tiến sĩ Seth Lloyd và đã được phép chuyển ngữ bài viết để giới thiệu cùng bạn đọc. Tóm tắt Tổng hợp tiến hóa hiện đại (modern evolutionary synthesis) kết hợp thuyết chọn lọc tự nhiên của Darwin và thuyết di truyền Mendel, đã được triển khai cùng thời với cơ học lượng tử. Có liên hệ gì giữa hai lĩnh vực này Mở đầu

Trong một trăm năm mươi năm qua, kể từ lúc cuốn Nguồn gốc các loài [1] được xuất bản, đã có nhiều điều được nói đến về những gì Darwin biết và không biết trong việc thiết lập lý thuyết của sự chọn lọc tự nhiên. Có lẽ khía cạnh gây  ngạc nhiên nhất của quyển sách là Darwin đã có thể tạo dựng một lý thuyết để giải thích sự truyền giống và sự chọn lọc tự nhiên của những đặc tính về thể chất, bất chấp các cơ chế này vận hành trên một lý thuyết di truyền rõ ràng là khập khiễng. Mặc dù công trình tiên phong của Gregor Mendel về di truyền học của cây đậu [2] được công bố năm 1866, Darwin không bao giờ nhận thức được tầm quan trọng của công trình này. Ông đã thiết lập lý thuyết về sự chọn lọc tự nhiên bằng cách dùng thuyết "trộn lẫn" di truyền trước thời Mendel, trong đó các đặc tính của người mẹ và người cha được hòa trộn ở người con. Darwin hiểu rõ cái giới hạn của thuyết "trộn lẫn" - đời con của con chim két màu xanh lam và màu vàng có màu xanh lam hoặc vàng, không phải màu xanh lục - nhưng sự bất toàn này không đủ sức để đốn ngã lý luận mạnh mẽ của ông về sự chọn lọc tự nhiên [3,4].

Darwin không phải là khoa học gia duy nhất của thế kỷ 19 đánh giá thấp công trình của Mendel. Các định luật Mendel về truyền giống thực sự đã bị phớt lờ cho đến năm 1900 khi Hugo de Vries, Carl Correns và Erich von Tschermak tái phát hiện và công bố tầm quan trọng của chúng [5]. Trong thập niên đầu của thế kỷ 20, các nhà di truyền học và thống kê học bắt đầu kết hợp di truyền học Mendel và ý tưởng về sự chọn lọc tự nhiên của Darwin để tạo ra một "tổng hợp hiện đại" (modern synthesis), một thuyết tiến hóa qua sự chọn lọc tự nhiên của các biến đổi di truyền [4,5]. Nhưng năm 1900 cũng là năm mà Max Planck khám phá bản chất lượng tử của ánh sáng [6]. Trong cùng một năm người ta thấy sự hình thành của tổng hợp tiến hóa hiện đại và sự phát triển nhanh chóng của thuyết lượng tử về nguyên tử và phân tử, được nối tiếp với các phương trình toán về lượng tử của Erwin Schrödinger và Werner Heisenberg. Điều này đem chúng ta đến một câu hỏi trung tâm mà tôi muốn suy diễn ở đây là: cơ học lượng tử, nếu có, thì có gì liên hệ đến sự chọn lọc tự nhiên?

Câu trả lời, một cách ngắn gọn, là: rất nhiều. Mặc dù sự thật là cơ học lượng tử thống trị một thế giới có kích cỡ ở nhiều cấp nhỏ hơn độ lớn con chim sẻ của Darwin hay cây đậu của Mendel, cơ học lượng tử có một ảnh hưởng sâu sắc đến thế giới của sự chọn lọc tự nhiên. Thật vậy, công trình của Mendel chứng tỏ tính "nguyên tử" hay tính "bất khả phân" của các đặc tính di truyền, đã hàm chứa câu trả lời cho câu hỏi là tại sao cơ học lượng tử quan trọng cho sự sống.   

Năm món quà dạng số (digital gift) cho thiên nhiên

Planck khám phá ánh sáng, trước kia nó được xem có tính sóng, mang đặc tính rời rạc cố hữu: ánh sáng hiện hữu ở dạng bó. Planck gọi những bó này là lượng tử. Sau đó không bao lâu, Niels Bohr và các nhà khoa học khác cho thấy nguyên tử cũng mang đặc tính bó tương tự: các electron trong nguyên tử chỉ có thể ở những trạng thái rời rạc. Nguyên tử cũng mang tính lượng tử. Đặc tính bó cho thấy thiên nhiên, ở tận cùng, không liên tục mà là rời rạc. Cơ học lượng tử làm thiên nhiên có dạng số (digital). Thiên nhiên đã phát hiện đặc tính dạng số của muôn loài ở cấp nhỏ nhất và dùng nó để thiết lập cơ sở di truyền cho sự sống. Cơ học lượng tử đã cống hiến một cách hiệu quả cho thiên nhiên một kiện quà dạng số và thiên nhiên sử dụng những món quà này chủ yếu cho việc phát triển sự sống.

Món quà thứ nhất mà đặc tính dạng số của cơ học lượng tử tặng thiên nhiên là tính bền: nguyên tử hydrogen của cơ học lượng tử là vật bền. Ngược lại, nếu nguyên tử hydrogen tuân theo các định luật của cơ học cổ điển, electron sẽ bị cuốn vào proton trong một khoảnh khắc rất nhỏ của một giây, và cuộc đời của nguyên tử sẽ chấm dứt với một ánh loè bức xạ. Bức xạ vốn là cái lý thú, nhưng nó không phải là cái làm ra sự sống.

Món quà dạng số thứ hai là tính đếm được: các dạng của vật chất hiện hữu ở cấp vi mô không biến đổi một cách liên tục. (Thiên nhiên) chỉ có một số nhỏ tập hợp có thể đếm được của các hạt cơ bản bền. Những hạt cơ bản này có thể kết hợp qua một số phương cách có thể đếm được để tạo ra các nguyên tử bền. Các nguyên tử này lại kết hợp cho ra các một số hợp chất cũng có thể đếm được. Và cứ tiếp tục như thế: ở mỗi kích cỡ, tập hợp đếm được của các thực thể khác nhau kết hợp để thành hình một tập hợp khác to hơn, nhưng vẫn đếm được, ở một cấp độ lớn hơn.

Món quà dạng số thứ ba mà cơ học lượng tử tặng cho thiên nhiên là thông tin. Đơn vị cơ bản của thông tin là bit; nó miêu tả sự khác biệt giữa hai trạng thái có thể. Thuật ngữ "bit" còn dùng để chỉ một hệ thống vật lý, chẳng hạn như spin của electron có thể ở một trong hai trạng thái riêng biệt. Điểm đặc trưng cơ bản của thông tin là một lượng nhỏ bit mang một số lớn trạng thái có thể: n bit có 2ⁿ trạng thái. Như vậy, thí dụ như 300 bit sẽ có 2³⁰⁰ » 10⁹⁰ trạng thái. Con số 10⁹⁰ ngẫu nhiên cũng là số lượng của các hạt cơ bản trong Vũ Trụ (nói chính xác hơn, là con số trong phạm vi đường chân trời hạt cơ bản (particle horizon) của Vũ Trụ). Bản chất rời rạc của cơ học lượng tử cộng với khả năng kết hợp của các nguyên tử trong một phân tử cho ta thấy rằng các hệ thống vật lý có tiềm năng tự nhiên để ghi chép một số lượng lớn bit thông tin. Có lẽ một thí dụ rõ rệt nhất của loại thông tin thiên nhiên này là phân tử DNA. Toàn thể bộ di truyền (genome) của con người được ghi trong khoảng sáu tỷ (6 x 10⁹) bit (chứa vào khoảng 20.000 đến 25.000 gen Mendel khác biệt). Ngày nay, sáu tỷ bit xem không có gì là to tát - nhưng con số  những cấu hình có thể của DNA chúng ta là hai lũy thừa sáu tỷ, 2 ^{6x10 9}, quả là một con số còn to hơn các con số thiên văn. Đây là một tiềm năng khổng lồ muôn màu của nhiều kết hợp di truyền mà nó ban cho sự chọn lọc tự nhiên một sức mạnh.

Món quà thứ tư từ cơ học lượng tử là việc xử lý thông tin. Như đã đề cập ở trên, một spin electron có thể dùng để ghi một bit thông tin: thí dụ, spin quay quanh một trục theo chiều kim đồng hồ (spin lên) có thể được dùng để chỉ con số logic 0, và spin khi quay ngược chiều kim đồng hồ (spin xuống) chỉ số logic 1. Khi spin lật, chẳng hạn như khi hấp thụ photon, spin quay theo chiều kim đồng hồ chuyển thành spin quay ngược chiều kim đồng hồ, và ngược lại; spin lên thành spin xuống, 0 trở thành 1. Như vậy, lật spin cũng là lật bit. Đây là một cơ năng của thiên nhiên dùng để xử lý thông tin ở kích cỡ tận cùng vi mô mà chúng ta sẽ dùng khi dàn dựng máy tính lượng tử chứa các bit trong từng nguyên tử cá biệt [7]. Cơ năng này của thiên nhiên để xử lý thông tin cũng truyền đạt lên các cấp cao hơn: cứ mỗi lần hai loại hóa chất phản ứng cho ra loại hóa chất thứ ba, thì thông tin đã được xử lý. Phản ứng hóa học biến các phân tử đầu vào cùng các bit thông tin của chúng thành phân tử đầu ra chứa một tập hợp bit tương ứng khác. Cơ năng xử lý thông tin của thiên nhiên ở một kích cỡ nào đó, như ta thấy, sẽ chuyển thành cơ năng xử lý càng nhiều thông tin theo một cung cách càng tinh vi hơn ở một kích cỡ kế tiếp cao hơn. Cho đến khi kích cỡ đạt đến độ lớn của phân tử DNA, thiên nhiên đã xử lý thông tin theo một cung cách cực kỳ tinh vi. Trình tự trong DNA có thể xem là một tập hợp các chỉ thị dùng cho việc thiết kế protein hay các dây amino acid. Mã di truyền chứa những đặc điểm như mã khởi đầu (start codon), mã dư thừa và mã chấm dứt. Phương pháp mã hóa được khám phá bởi thiên nhiên hàng tỷ năm trước đã được hội nhập vào mã nhân tạo, như mã Morse, nhưng chỉ mới xuất hiện trong vòng 200 năm qua. 

Món quà thứ năm và cũng là cuối cùng mà cơ học lượng tử tặng cho thiên nhiên, nhưng không phải lúc nào cũng được xem là món quà: đó là tính ngẫu nhiên (randomness). Khác với cơ học cổ điển, cơ học lượng tử chứa đựng sự bất định cố hữu; dưới một tình huống thích hợp, có thể chuyển hóa một cách tối giản thành một hành xử ngẫu nhiên không thể rút gọn được. Chính cái bản chất ngẫu nhiên này đã từng bị Einstein chỉ trích khi ông tuyên bố "Thượng đế không chơi trò xí ngầu". Thật ra, Einstein đã sai lầm: Thượng đế có chơi trò xí ngầu, và may mắn thay, Ngài chơi rất giỏi. Tính ngẫu nhiên quả thực là kẻ thù của sự trật tự - đây là tính chất mà Einstein đã từng chỉ trích. Tuy nhiên, tính ngẫu nhiên là nguồn cội của sự biến đổi. Và như Darwin đã từng dạy chúng ta, sự sống không biến đổi sẽ không còn là sự sống. 

Thiên nhiên vồ lấy những món quà lượng tử như tính bền, tính đếm được, thông tin, xử lý thông tin và tính ngẫu nhiên, rồi phóng chạy. Vũ Trụ khởi đầu với một cuộc nổ, và ngay sau đó lập tức bắt đầu xử lý thông tin. Việc xử lý thông tin đầu tiên khá giản đơn: sự kích thích nhiệt dẫn đến các hạt cơ bản bền, và khi Vũ Trụ dãn nở và nguội đi, các hạt này kết hợp thành nguyên tử và các phân tử đơn giản. Sự co cụm bởi trường hấp dẫn cho thêm một vài chi tiết vào sự dãn nở không gì đặc sắc của hydrogen, helium và vài nguyên tố nhẹ khác. Cuối cùng, các vì sao nguyên sơ bắt đầu tỏa sáng và nhanh chóng dùng hết nhiên liệu hạch nhân của nó rồi bùng nổ, tạo ra những nguyên tố nặng hơn để co cụm lại thành tinh vân (nubulae), rồi tiến xa hơn nữa thành sao và hành tinh.

Ngay cả trước khi có sự tiến hóa của sự sống, Vũ Trụ đã chứa đựng nhiều môi trường muôn màu muôn vẻ để hỗ trợ cho các phản ứng hóa học cũng muôn màu muôn vẻ tương tự, cộng với một số lớn các loại xử lý thông tin vô cùng đa dạng. Mỗi phản ứng chuyển hóa phân tử đầu vào với các bit thông tin đi kèm thành một hỗn hợp đặc thù gồm phân tử đầu ra và các bit; hỗn hợp này lại thành đầu vào của phản ứng kế và cứ tiếp diễn như thế. Sau cùng, trong sự diễn biến liên tiếp của các sự kiện mà các nhà khoa học thiết tha muốn khám phá, là những phương pháp càng tinh vi của việc xử lý thông tin, nền tảng của sự sống, xuất hiện. Và một khi sự-sống-nguyên-thủy đạt được đến khả năng tái sinh sản với những biến dị, mọi việc bùng phát. Sự chọn lọc tự nhiên của Darwin nhảy vào nhập cuộc. Vi khuẩn, sinh vật đa bào, thực vật, động vật, loài linh trưởng và con người tất cả xuất hiện không lâu sau đó.

Sự chọn lọc tự nhiên của cái kỳ quặc lượng tử

Thượng đế chơi trò xí ngầu không phải là mặt duy nhất mà Einstein đã chống đối: cơ học lượng tử còn đầy dẫy những hiệu ứng kỳ quặc và phản trực giác. Một trong những hiệu ứng này là sự liên hệ lượng tử khác thường được biết là sự buộc chéo (entanglement) [7] cái mà Einstein gọi là "tác động ma quái từ xa", bởi vì nó rành rành cho phép những hạt cách xa nhau ảnh hưởng lên nhau mà không cần phải chuyển năng lượng từ hạt này đến hạt kia. 

Máy tính lượng tử là một công cụ, như đã đề cập ở trên, lưu trữ và xử lý thông tin ở một kích cỡ nơi mà sự kỳ quặc lượng tử thống trị [7]. Khi tôi thuyết giảng về máy tính lượng tử, thỉnh thoảng có người trong thính giả phản đối và cho rằng tạo dựng máy tính lượng tử là việc bất khả thi, bởi lẽ nếu khả thi thì "thiên nhiên đã phát hiện ra nó từ lâu". Đây là một lập luận ngây thơ, vì dù sao đi nữa chúng ta đã lắp ráp được những máy tính lượng tử đơn giản. Ta cũng có thể dùng cùng một lập luận để nói về tia laser: sự chọn lọc tự nhiên không bắt sự sống trước khi loài người xuất hiện làm cái việc tiến hóa tia laser, nhưng chúng ta vẫn có laser. Cũng không phải vì laser hơi bị phi tự nhiên làm sao đó. Sự chọn lọc tự nhiên đã tiến hóa loài người, và loài người một cách tự nhiên đã chế tạo laser.

Trong lịch sử của sự chọn lọc tự nhiên, có bao giờ thiên nhiên vô hình trung đã sử dụng cái kỳ quặc lượng tử? Sự tính toán lượng tử có xảy ra trong vi khuẩn hay không? Thoạt tiên, ta không chắc có sự hiện diện của việc xử lý thông tin lượng tử kết hợp (coherent quantum information processing). Nhưng sự tương quan kỳ quặc làm nên nền tảng cho sự tính toán lượng tử lại mong manh và dễ suy sụp bởi sự tương tác với môi trường bao quanh, một quá trình được gọi là "mất kết hợp" (decoherence). Kết cục là hầu hết các tính toán lượng tử nhân tạo xảy ra ở những hệ thống cô lập cao độ, và thường ở nhiệt độ chỉ vài phần ngàn độ trên zero tuyệt đối. Ngược lại, bên trong của một tế bào là một nơi nóng và ướt, nơi mà sự kết hợp lượng tử (quantum coherence) chỉ có thể tồn tại trong một khoảnh khắc rất nhỏ của một giây. 

Mặt khác, thật là tuyệt vời khi vi khuẩn đã hiển nhiên tiến hóa để thực hiện các tính toán lượng tử đơn giản. Vào năm 2007, Graham Flemming và các cộng sự đã làm một thí nghiệm [8] cho thấy sự hiện hữu của phách lượng tử kết hợp (coherent quantum beating) trong phức chất Fenna-Matthews-Olson (FMO), một phân tử to lớn có tác dụng như một cây "ăng-ten" được sử dụng bởi vi khuẩn lưu huỳnh xanh (green sulfur) trong quá trình quang tổng hợp (Hình 1). Phân tử FMO hấp thụ photon và biến năng lượng photon thành exciton - cặp kết hợp electron/lỗ, rồi hướng exciton này về một trung tâm phản ứng, nơi này năng lượng exciton sẽ được chuyển hóa thành hóa năng. Phức chất FMO là một hệ thống tuyệt vời, vì nó có thể truyền dẫn gần 99% năng lượng exciton tới trung tâm phản ứng. Điều này cho thấy sự tích thoát (relaxation) nhiều lắm thì chỉ đóng một vai trò thứ yếu trong sự truyền dẫn. Flemming và các cộng sự phấn kích trước công trình khám phá của họ về động học lượng tử kết hợp và suy đoán rằng phức chất FMO biết thực hiện thuật toán (algorithm) cho cuộc "truy lùng lượng tử" khiến cho exciton có thể truy tìm được trung tâm phản ứng [8].

Thuật toán truy lùng lượng tử được phát minh bởi Lov Grover [9]. Ông cho thấy rằng máy tính lượng tử có thể tìm cơ sở dữ liệu (database) nhanh hơn máy tính cổ điển. Khi tôi và một người đồng nghiệp chuyên về vi tính lượng tử cùng kiểm định lời tuyên bố về việc vi khuẩn lưu huỳnh xanh thực hiện thuật toán lượng tử, thì thoạt đầu chúng tôi thất vọng: chúng tôi có thể chứng tỏ rằng cái năng suất to bất thường trong sự truyền dẫn năng lượng trong phức chất FMO không thể nào nảy sinh từ sự truy lùng lượng tử. Nhưng chúng tôi nhanh chóng phát hiện rằng exciton quả thực đang thực hiện một thuật toán lượng tử khác gọi là "bước lượng tử". Bước lượng tử là thuật toán, trong đó một hạt lượng tử "đi" xuyên qua một cấu trúc phức tạp nào đó và dùng kết hợp lượng tử tầm xa để tìm đường tiến đến những nơi trong cấu trúc mà đối với hạt cổ điển là những nơi bị che khuất [10]. Hạt cổ điển chỉ có thể chiếm cứ một điểm của cấu trúc ở một thời điểm nào đó. Nếu cấu trúc quá to, hạt cổ điển sẽ loanh quanh đi lạc đường. Hạt lượng tử, ngược lại, có thể đồng thời chiếm cứ nhiều điểm trong cùng một cấu trúc - cái kỳ quặc lượng tử đang tác động đấy! Cái khả năng "cảm" được toàn thể cấu trúc cùng một lúc cho phép hạt lượng tử bước đi với điệu bộ kết hợp (coherently) để tiến đến mục tiêu của nó.

Hiệu năng của cái ăng-ten quang tổng hợp là một điều kỳ bí: nếu ta thử nghĩ exciton là một hạt cổ điển chỉ hiện hữu một nơi duy nhất trong một phân tử khổng lồ, rồi nó nhảy lòng vòng trong cái phân tử đó, thì cái khả năng để nó tìm đường tiến đến trung tâm phản ứng hầu như là con số không. Tuy nhiên, mô hình cơ học lượng tử của chúng tôi về bước đi kết hợp của exciton trong phức chất FMO cho thấy rằng hạt exciton lượng tử lan đi rất nhanh trong toàn thể phức chất, biết sử dụng quyền lượng tử của mình để chiếm cứ toàn bộ các điểm khả dĩ cùng một lúc, rồi nhắm vào điểm đến trong một khoảnh khắc cực nhỏ của một giây [11].

Cái bền bỉ vững mạnh của bước lượng tử lại càng tuyệt diệu trước những tạp nhiễu (noise) và sự mất kết hợp (decoherence). Như đã đề cập ở trên, trong môi trường nóng và ướt của tế bào, ta tin chắc rằng sự kết hợp (coherence) sẽ làm tiêu ma gần như tức thời việc tính toán lượng tử [7]. Nhưng, ở đây trạng thái phi định xứ của exciton được tạo ra khi photon bị hấp thụ, trở nên có sức đề kháng cao độ trước sự mất kết hợp. Hơn nữa, độ mất kết hợp nho nhỏ được mang tới bởi các động tác đong đưa của phân tử dường như cũng dìu dắt các bước đi lượng tử [11,12]. Hiệu suất của sự truyền năng lượng trong quang tổng hợp có thể được mô tả bằng xác suất để exciton tìm ra trung tâm phản ứng, và bằng quãng thời gian để nó đi tới điểm đó. Khi chúng tôi tính hiệu suất của bước lượng tử theo hàm số của thời gian, chúng tôi tìm thấy hiệu suất có trị số cao nhất ở (nhiệt độ) 290  K. Từ điều này, chúng tôi có thể kết luận rằng, một mặt, thiên nhiên là một tay thao tác cơ học lượng tử tuyệt vời; mặt khác, hàng ngàn tỷ vi khuẩn đã không cống hiến đời mình một cách vô nghĩa.

Sự chọn lọc tự nhiên của các quy luật vật lý

Sự sống là việc ước đoán: thiên nhiên tung viên xí ngầu lượng tử và tạo ra các trạng thái muôn màu muôn vẻ; một số hình dạng được hình thành từ đó, tiếp tục sống sót rồi tái sinh sản cũng với nhiều trạng thái khác nhau. Trong tinh thần của Darwin, chúng ta hãy chấp nhận một vài ước đoán.

Sức mạnh của sự chọn lọc tự nhiên còn vượt xa ra ngoài hệ thống sinh học. Những quy luật vật lý mà chúng ta biết có thể tự bản thân chúng là hệ quả của một quá trình của sự chọn lọc tự nhiên. Lee Smolin đã đưa ra giả thuyết cho rằng Vũ Trụ liên tục sinh sôi những vũ trụ con, mà các quy luật vật lý của chúng tương tự, nhưng không nhất thiết giống như vũ trụ mẹ [13]. Khi chúng trưởng thành, các vũ trụ con này lại mọc thêm vũ trụ khác và cứ thế sinh sôi nảy nở (xem Hình 2). Rất có thể Vũ Trụ của chúng ta đã được "chọn lọc tự nhiên", với ý nghĩa rằng các quy luật vật lý của nó đã duy trì sự sống, trong khi quy luật của các vũ trụ anh em thì không. Một quan điểm tương tự nảy sinh trong cái "cảnh quan" lý thuyết dây của Leonard Susskind, trong đó có những 10⁵⁰⁰ tập hợp khác nhau của quy luật vật lý, mỗi tập hợp là một tiên nghiệm thích hợp tương đương, cùng tranh nhau thiết lập Vũ Trụ mà ta chứng kiến ngày nay [14]. Cuối cùng, Max Tegmark [15] và tôi [16] đã suy đoán rằng Vũ Trụ đang tạo dựng mọi cấu trúc xử lý thông tin khả dĩ và nhất quán (self-consitent). Nếu quả thật là như vậy, cơ học lượng tử tự nó, với tất cả những cái kỳ quặc của nó, đã có thể được chọn lọc một cách tự nhiên bởi một lý do đơn giản rằng là, và như chúng ta đã thấy, cơ học lượng tử mang nhiều tố chất để cống hiến cho sự sống. 

Hình 1: Cơ học lượng tử đời thường. Phức chất Fenna-Matthews-Olson giúp vi khuẩn lưu huỳnh xanh thực hiện quang tổng hợp. Thuật toán lượng tử được biết là "bước lượng tử" có thể là hậu thuẫn của việc truyền dẫn năng lượng giữa cái ăng-ten thu nhận ánh sáng và trung tâm phản ứng, nơi mà năng lượng photon sau rốt được chuyển biến thánh hóa năng (Hình của Graham Flemming và Yuan-Chung Cheng). 

Hình 2: Một đa vũ trụ phân nhánh. Trong vũ trụ tái sản xuất, mỗi "vũ trụ con" (được mô tả bằng cái bong bóng) có thể có những quy luật vật lý hơi khác biệt với vũ trụ mẹ. "Sự đột biến" được mô tả bằng sự đổi màu trong hình. (Hình của Andrei Linde, được phép in lại từ tài liệu tham khảo 17).

*Seth LLoyd là Giám đốc của "W. M. Keck Center for Extreme Quantum Information Processing (xQIT)", Massachussetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts 02139, USA.

Tài liệu tham khảo của tác giả

1. Darwin, C. On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life (John Murray, 1859).
2. Mendel, G. Verh. Naturforsch. Ver. Brünn 4, 3–47 (1866).
3. Browne, E. J. Charles Darwin: The Power of Place (Princeton Univ. Press, 2001).
4. Bowler, P. J. Evolution: The History of an Idea (Univ. California Press, Berkeley, 1983).
5. Bowler, P. J. The Mendelian Revolution: The Emergence of Hereditarian Concepts in Modern Science and Society (Johns Hopkins Univ. Press, 1989).
6. Planck, M. Ann. Phys. 1, 719–737 (1900). | Article |
7. Nielsen, M. A. & Chuang, I. L. Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge Univ. Press, 2000).
8. Lee, H., Cheng, Y.-C. & Fleming, G. R. Science 316, 1462–1465 (2007). | Article | PubMed | ADS | [url=http://chemport.cas.org/cgi-bin/sdcgi?APP=ftslink&action=reflink&origin=npg&version=1.0&coi=1:CAS:528C%2BD2sXmtFSjsbs%3D&pissn=1745-2473&pyear=2009&md5=446d64439b1326b52ef20d318d0008b3]ChemPort[/url] |
9. Grover, L. K. Phys. Rev. Lett. 79, 325–327 (1997). | Article | ISI | ADS | [url=http://chemport.cas.org/cgi-bin/sdcgi?APP=ftslink&action=reflink&origin=npg&version=1.0&coi=1:CAS:528yaK2sXks1Gkur0%3D&pissn=1745-2473&pyear=2009&md5=cd1291b5f428dd581a31b45a5640982c]ChemPort[/url] |
10. Farhi, E. & Gutmann, S. Phys. Rev. A 58, 915–928 (1998). | Article | [url=http://chemport.cas.org/cgi-bin/sdcgi?APP=ftslink&action=reflink&origin=npg&version=1.0&coi=1:CAS:528yaK1cXkslentbc%3D&pissn=1745-2473&pyear=2009&md5=db773f20df6d0698e89527eaa004dda6]ChemPort[/url] |
11. Mohseni, M., Rebentrost, P., Lloyd, S. & Aspuru-Guzik, A. J. Chem.Phys. 129, 174106 (2008).
12. Plenio, M. B. & Huelga, S. F. New J. Phys. 10, 113019 (2008). | Article | ChemPort |
13. Smolin, L. in Universe or Multiverse (ed. Carr, B.) 323–366 (Cambridge Univ. Press, 2007).
14. Susskind, L. The Cosmic Landscape: String Theory and the Illusion of Intelligent Design (Little, Brown, 2006).
15. Tegmark, M. Found. Phys. Lett. 9, 25–42 (1996). | Article |
16. Lloyd, S. Complexity 3, 32–35 (1997). | Article |
17. Linde, A. Sci. Am. 271, 48–55 (1994).