脑微管中的量子计算？退相干与生物学可行性

Penrose-Hameroff（‘Orch OR’）脑微管量子计算模型已就环境退相干问题受到批评。Tegmark 近期报告指出，微管仅能维持量子相干 $10^{-13}$ s，远短于神经生理学相关时间。本文中，我们严格检视 Tegmark 计算背后的假设，发现：1) Tegmark 的评论并非针对文献中已有模型，而是针对一种混合模型，该模型以沿微管叠加的孤子取代‘Orch OR’理论的叠加蛋白构象；2) Tegmark 预言退相干时间随温度降低而减小，与观测到的量子态行为直接矛盾；3) 在修正 Tegmark 方程中其模型与‘Orch OR’模型间差异（叠加间距、电荷 vs. 偶极、介电常数）后重算，将退相干时间延长至 $10^{-5} - 10^{-4}$ s，并使 Tegmark 推导中的一处关键假设失效；4) 以超过退相干速率供给微管附近水集体动力学有序化的非相干代谢能量可抵消退相干效应（如同激光器在室温下避免退相干）；5) 肌动蛋白凝胶化相可增强微管束周围水的有序性，进一步将无退相干区增加一个数量级、退相干时间增至 $10^{-2} - 10^{-1}$ s。这些修正使微管退相干进入量子引力可与神经生理学相互作用的 regime。