量子时代，人类有望实现永生？

医疗健康，作为人类永恒的探索领域，正随着科技的飞速发展而不断突破边界。如今，我们正悄然踏入一个全新的纪元——量子时代。在这个时代，科技与医疗的交汇将激发出怎样的璀璨火花？

 

世界知名物理学家、超弦理论创始人之一的加来道雄，在其新作《量子霸权》中，从四个维度深入剖析了量子时代医学的未来潜力。

 

试想，在量子计算机的强大引领下，我们能够构建起一个精准至极的疫情预警系统，令病毒无处藏身；在抗击癌症的战场上，量子技术将化身为所向披靡的利刃，助力我们完善免疫疗法，为无数患者挣脱病魔的枷锁；面对那些曾令人感到绝望的不治之症，量子计算机将犹如掌握魔法的智者，协助我们重组人体蛋白，探寻那治愈的希望之光；更为神奇的是，量子技术还能修复DNA的损伤，使我们在时光的长河中逆流而上，实现生物与数字的和谐共生，共谱永恒篇章。

 

让我们跟随作者的脚步，一起了解量子时代医学的变化。

 

建立预警系统：预防疫情的蔓延

 

从新冠肺炎病毒变种出现的那一刻算起，目前我们需要数周的时间才能发出有效警报。在此期间，病毒已经毫无预警地逃逸到人类的生态系统中了。对病毒的预警延迟几周，就完全有可能使病毒多传染给数百万人。

 

追踪流行病的一种方法是在世界各地的下水道系统中安装传感器。通过污水分析可以很容易地识别病毒，尤其是在拥挤的城市地区。快速抗原检测可以在大约 15 分钟内就发现病毒的暴发。然而，来自数百万个下水道系统的数据可能会让数字计算机不堪重负。

 

如果是量子计算机就完全不同了，它们非常擅长分析堆积如山的数据，并能够成功分析出最关键的数据。现在，美国各地的一些社区已经在下水道系统中插入预警系统传感器了。

 

同样，量子计算机还能够在疫情暴发时进行实时监测。人类应该可以开发出能够检测悬浮在空气中的病毒气溶胶的传感器。在新冠肺炎疫情开始时，政府官员断言，与他人保持 6 英尺的距离足以防止病毒的传播。他们声称，传播主要是通过咳嗽和打喷嚏产生的大飞沫进行的。

 

现在大家已经知道这个结论是不正确的。对病毒的实际研究表明，打喷嚏后的气溶胶粒子可以将病毒携带至 20 英尺或更远。事实上，最新观点认为，病毒传播的主要方式之一正是通过人们简单交谈时产生的气溶胶。在室内与唱歌、吟诵和大声说话的人坐在一起超过15 分钟，都可能成为导致病毒传播加速的原因。

 

因此，在未来，放置在室内的传感器网络可能能够检测到空气中的气溶胶，然后将结果发送给量子计算机，量子计算机可以分析这一庞大的信息库，以找到下一次疫情的早期预警信号。

 

在确定病毒变异时的特性方面，量子计算机也可能被证明是至关重要的。例如，大约在 2021 年 11 月，新冠病毒的变种奥密克戎出现了，在其基因组被测序之后，警钟立即响起。奥密克戎有 50 个突变，这使它比德尔塔病毒更具传播性。但是，科学家无法准确确定这些突变会造成多大的危害。它们会让刺突蛋白比以前更快地进入人体细胞，从而对人类造成严重破坏吗？科学家只能通过持续观察来进一步确定。

 

但是在未来，量子计算机可能会通过分析病毒刺突蛋白的突变来直接确定病毒的致命性，而不是无奈地等上几周的时间。我们一旦知道了这种病毒和其他病毒的结构，就可以预测疾病的病程。数字计算机实在太原始，根本无法模拟出像奥密克戎这样的病毒攻击人体的过程。然而，我们一旦知道了病毒的精确分子结构，就可以使用量子计算机来模拟病毒对身体的特定影响，从而提前知道它的危险性，以及应该如何对抗它。

 

完善免疫疗法：减少癌症“杀手”

 

目前，一旦发现癌症，一般会用如下三种主要治疗方法：手术治疗（切除肿瘤）、放射治疗（用 X 射线或粒子束杀死癌细胞）和化疗（毒害癌细胞）。但随着基因工程的出现，一种新的治疗方式正在得到广泛应用：免疫疗法。这种治疗有几个版本，但从思路上来看，这几种方法都在试图通过寻求人体自身免疫系统的帮助来达成治疗效果。

 

免疫治疗已用于膀胱、脑、乳腺、宫颈、结肠、直肠、食道、肾脏、肝脏、肺、淋巴、皮肤、卵巢、胰腺、前列腺、骨骼、胃的癌症，以及白血病，均取得了不同程度的成功。

 

但这种方法也不是没有缺点的。一个缺点是，这种方法只对数千种不同类型的癌症中的一部分有效。另一个缺点是，由于白细胞的基因是通过人为手段改变的，所以这种改变可能并不能保证完美。存在不完美之处就有可能造成不必要的副作用。而事实表明，这些副作用对具体的个体而言有时可能是致命的。

 

然而，量子计算机可能能够有效完善这种疗法。量子计算机应该能够全面分析这些原始数据，从而帮助我们确定每个癌细胞的遗传基因。这是一项艰巨的任务，其工作量会使任何一台传统计算机都不堪重负。

 

通过对美国的每个公民的体液进行分析，计算机可以每月多次读取这些基因组数据，既稳定又高效。这些基因组如果是整个都被测序的话，那么计算机针对每个人的工作量都是 20 000 多个基因。然后，还要将这些基因与已经研究出来的数千种可能的癌症基因一一进行比较。这些原始数据的数量是非常庞大的，需要通过多台量子计算机来分析。但这项工作对人类的利好也是巨大的：可怕的癌症“杀手”会显著减少。

 

重组人体蛋白：寻找治愈不治之症的线索

 

过去，人工智能的研发都是在数字计算机的基础上开展和完成的，因此受限于计算机功能令人沮丧的极限。但人工智能和量子计算机却是相辅相成的。人工智能有能力学习新的复杂任务，而量子计算机完全可以满足在这个过程中所需的计算能力。

 

量子计算机虽然具有强大的计算能力，但它们不一定能从错误中吸取教训。而如果量子计算机配备了神经网络，它们就能够在每次迭代之后持续改进自己的计算方法，从而通过寻找新的解决方案来更快、更有效地解决问题。同样，人工智能系统或许可以从错误中吸取教训，但如果它们的总计算能力太小，那么势必无法解决非常复杂的问题。因此，一个拥有量子计算机计算能力的人工智能当然可以解决更多难题。

 

比如，由于缺乏算力的支撑，人工智能技术基本已经陷入了停滞状态。无论是在机器学习、模式识别、搜索引擎，还是在机器人制造等方面，人工智能技术都受到算力的限制。量子计算机可以极大地加速这些领域的进展，因为它们可以同时处理大量的信息。数字计算机只能一个比特接一个比特地进行计算，但量子计算机则可以在一个巨大量子位阵列上进行同时计算，从而指数级放大其计算能力。

 

众所周知，蛋白质是生物功能的主力。它们不仅构成给人体提供能量的肌肉，还帮助人体消化食物、攻击细菌、调节身体功能，并完成许多其他关键任务。而与蛋白质分子形状息息相关的问题是“蛋白质折叠问题”，即绘制所有重要蛋白质形状的任务，它可能会解开许多不治之症的秘密。

 

使用计算机仅通过观察蛋白质的化学成分来解开蛋白质的 3D（三维）结构。也许经过多年的努力，人类对蛋白质分子结构的理解，将可以通过按下运行着人工智能程序的量子计算机上的按钮来完成。

 

蛋白质的工作方式取决于它们的结构。就像钥匙能插入钥匙孔一样，蛋白质也能通过某种方式锁住另一个分子，从而发挥其魔力。

 

而许多不治之症都与错误折叠的蛋白质有关。朊病毒可能与一系列影响老年人的不治之症有关，如阿尔茨海默病、帕金森病和肌萎缩侧索硬化，所以现在一个很有希望的途径就是通过了解朊病毒的性质来进一步探索解决这些病症。由此，找到治愈这些不治之症的方法的线索可能来自量子计算机。

 

修复DNA损伤：逆转衰老

 

量子计算机可能能够创造两种永生：生物永生和数字永生。

 

根据热力第二定律，衰老主要是由分子、遗传基因和细胞水平上的错误积累引起的。也就是说，最终，第二定律的速度比我们熵值逆转的速度更快，从而导致这种在我们的细胞和 DNA 中的错误积累得以呈现。我们的皮肤细胞开始失去弹性并形成皱纹，器官功能开始不正常甚至功能衰竭，神经元也会失灵从而导致我们忘记事情，还可能会患上癌症。简言之，我们会一直持续衰老，直至死亡。

 

热量限制如何修复氧化造成的分子损伤？热量限制可能会减缓氧化过程，使身体有可能自然修复其造成的损伤，但身体首先是如何修复 DNA 损伤的呢？

 

在不久的将来，大多数人的基因组将被测序，并被纳入一个庞大的全球基因库。这个巨大的基因信息库可能会让传统的数字计算机不堪重负，但分析大量数据正是量子计算机的专长。这可能使科学家能够分离出受衰老过程影响的基因。

 

例如，科学家可以分析年轻人和老年人的基因，并对二者进行比较。通过这种方式，大约 100 个衰老集中的基因已经被识别出来了。事实证明，这些基因中的许多都参与了氧化过程。未来，量子计算机将分析更多的基因数据。这将有助于我们了解大多数遗传和细胞错误是在哪里积累的，以及哪些基因可能真正控制衰老过程的各个方面。

 

量子计算机不仅可以分离出大多数衰老发生的基因，还可以做相反的事情：分离出在异常衰老但健康的人身上发现的基因。人口统计学家知道，有些人是超级老年人，他们似乎战胜了困难，过着寿命比预期长得多的更健康、更富足的生活。因此，量子计算机通过分析大量原始数据，可能会发现表明免疫系统异常健康的基因，从而使老年人避免罹患可能使其崩溃的疾病，帮助其寿终正寝。

 

除了生物永生，我们还有可能使用量子计算机实现数字永生。

 

我们的大多数祖先在生活和死亡时都没有留下他们存在的痕迹。但今天，我们留下了令人生畏的数字足迹。仅凭我们的信用卡交易记录，就可以合理地了解我们的历史、个性、好恶。每一次购买、度假、体育赛事或礼物都被记录在电脑中。甚至在我们自己毫无意识的情况下，我们的数字足迹就已经塑造出了我们究竟是谁的镜像。未来，这些海量的信息可以让我们对自己的人格进行数字化的重塑。

 

未来，你将不需要坐在电视摄像机前进行数字化。我们会在不知不觉中，不假思索地用手机的摄像头来记录我们的日常活动和生活。

 

从某种意义上说，我们的数字自我将永远不会消亡。