O cérebro é um computador quântico? O que indicam as novas descobertas

O Cérebro como um Relógio ou um Computador?

A consciência, o pensamento complexo e o funcionamento do cérebro ainda não são completamente compreendidos. Ao longo da história, a mente humana foi descrita por diferentes analogias, geralmente baseadas na tecnologia mais avançada de cada época.

Entre as analogias históricas estão relógios de água, movimentos de fluidos corporais, relógios mecânicos e circuitos elétricos. Hoje, uma comparação frequente é com um computador que processa sinais elétricos. Descrever cada neurônio como um transistor biológico, porém, é uma simplificação.

Na prática, nenhuma dessas explicações, incluindo o “computador biológico”, explica completamente como o cérebro funciona.

O artigo estima o consumo energético do cérebro em 12–25 watts. Em comparação, determinados chips de IA da Nvidia (NVDA ) consomem 250–700 W. Essas grandezas não permitem comparar diretamente a capacidade de pensamento de um cérebro e o desempenho de um chip.

Também permanece em debate se ampliar a capacidade computacional basta para reproduzir o pensamento complexo e o raciocínio abstrato. Os LLMs, ou grandes modelos de linguagem, apresentam capacidades e limitações que não se resumem a simples adivinhações.

Por isso, foram propostas outras hipóteses, incluindo a possibilidade de efeitos quânticos participarem do surgimento da consciência.

O Cérebro é Quântico?

O apoio de Penrose

Uma família de hipóteses conhecida como “consciência quântica” relaciona funções cerebrais e consciência a fenômenos como o colapso da função de onda. Essa relação não está demonstrada.

Na descrição quântica, um sistema pode estar em uma superposição de estados. A medição produz resultados definidos, mas a interpretação desse processo continua sendo discutida. O experimento mental do gato de Schrödinger ilustra o problema; não comprova uma teoria da consciência.

Fonte: Wikipedia

Uma dessas hipóteses foi defendida pelo físico Roger Penrose, que recebeu o Prêmio Nobel de Física de 2020 por demonstrar que a formação de buracos negros é uma previsão robusta da relatividade geral. O prêmio não foi concedido por sua hipótese sobre a consciência.

Fonte: Prêmio Nobel

A reputação de Penrose ajudou a chamar atenção para a proposta. Contudo, a autoridade de um pesquisador não substitui a demonstração experimental da hipótese.

Cálculos dos Microtúbulos

A proposta de Penrose e Stuart Hameroff envolve os microtúbulos, componentes do citoesqueleto presentes nos neurônios e em outras células. A hipótese atribui a essas estruturas processos relacionados à consciência, mas esse papel não está comprovado. Uma formulação foi publicada em 1996.

Fonte: Centro de Estudos da Consciência, Universidade do Arizona

A proposta também relaciona a anestesia geral à interferência em possíveis efeitos quânticos na tubulina. Trata-se de uma hipótese específica, e não de uma explicação estabelecida de todos os anestésicos ou de toda a atividade cerebral inconsciente.

Penrose apresenta suas ideias neste vídeo de 42 minutos:

Críticas

A hipótese de computação quântica ligada à consciência enfrenta críticas. Um ponto central é a possibilidade de preservar a coerência quântica, na escala e pelo tempo necessários, em um cérebro quente e sujeito a muitas interações. Isso não significa que fenômenos quânticos só existam no vácuo ou perto do zero absoluto.

Algumas plataformas de computação quântica exigem temperaturas muito baixas ou ambientes cuidadosamente controlados, como discutimos em “O estado atual da computação quântica”. As condições variam conforme a tecnologia.

Demonstrar um efeito quântico em material biológico não equivale a demonstrar computação quântica no cérebro. A relevância funcional, a duração e a escala desses efeitos precisam ser investigadas.

Uma Série de Descobertas Quânticas no Cérebro

A biologia quântica estuda fenômenos quânticos em sistemas biológicos. A existência desses fenômenos é compatível com a física; a questão é determinar quais desempenham papéis biológicos relevantes.

Um exemplo investigado é a orientação magnética das aves, possivelmente relacionada a reações envolvendo pares de radicais.

Segundo essa hipótese, a intensidade e a orientação do campo magnético influenciam reações de pares de radicais. A sensibilidade a essas reações poderia ajudar a ave a se orientar. Os estados de spin dos elétrons são descritos pela mecânica quântica; a ligação precisa com a percepção do animal continua sendo estudada.

Musser, “Uma teoria radical da consciência?” — resumo da explicação

 Medidas Recentes

Em 2022, pesquisadores relataram sinais cerebrais correlacionados com potenciais evocados pelos batimentos cardíacos (HEPs). Os autores propuseram uma interpretação envolvendo processos quânticos. O experimento não constitui uma demonstração definitiva de emaranhamento cerebral ou de consciência quântica.

(Emaranhamento quântico descreve correlações entre sistemas cujo estado conjunto não pode ser separado em estados independentes. Ele não permite transmitir mensagens mais rápido que a luz.)

Em abril de 2024, outra pesquisa examinou efeitos ópticos quânticos em estruturas biológicas contendo triptofano. O resultado não demonstrou computação quântica em neurônios vivos.

O fenômeno estudado é a superradiância, uma emissão coletiva de luz. O trabalho “Ultraviolet Superradiance from Mega-Networks of Tryptophan in Biological Architectures” combina modelagem de redes de triptofano em estruturas como microtúbulos com medições ópticas em amostras. A tubulina contém triptofano; não é composta exclusivamente desse aminoácido.

Fonte: Publicação da ACS

O estudo amplia a investigação de efeitos coletivos em estruturas moleculares complexas. Ele não comprova que esses efeitos preservem informação quântica útil ou produzam consciência em células vivas.

Uma proposta ainda mais especulativa relaciona a memória a um mecanismo holográfico envolvendo superradiância. Essa hipótese não equivale a um mecanismo de memória cerebral estabelecido.

Então, o Cérebro é um Supercomputador Quântico?

Não há evidência suficiente para classificar o cérebro como um supercomputador quântico. A superradiância em estruturas biológicas é uma questão distinta da computação quântica e da origem da consciência.

Existe uma grande distância entre os resultados ópticos e a hipótese de Penrose sobre o colapso da função de onda induzido pela gravidade. Possíveis funções de sinais ópticos em estruturas neuronais continuam sendo temas de pesquisa, não uma equivalência demonstrada com fibras ópticas.

Essas possibilidades não substituem os mecanismos bem estabelecidos de sinalização elétrica por movimentos de íons através das membranas e de comunicação química nas sinapses.

Processos ópticos podem ocorrer em picossegundos, cada um equivalente a um bilionésimo de milissegundo. Esse tempo não demonstra que o cérebro processe informações centenas de milhões de vezes mais rápido, pois o desempenho funcional depende de muitos outros fatores.

Aplicações

Doenças Neurodegenerativas

As aplicações diretas ainda são incertas. Resultados experimentais e hipóteses sobre funções biológicas precisam ser distinguidos.

Uma possibilidade de pesquisa é investigar relações com o estresse oxidativo e doenças neurodegenerativas, como Alzheimer.

A doença de Alzheimer está associada ao estresse oxidativo. A pesquisa discute se redes de triptofano poderiam ajudar a absorver radiação ultravioleta e dissipar parte dessa energia. Essa possibilidade não demonstra proteção clínica contra a doença.

O triptofano absorve luz ultravioleta e pode reemiti-la com energia menor. O estudo investiga como interações coletivas em redes extensas influenciam esse comportamento; a relevância protetora em organismos vivos requer confirmação.

Fonte: The Quantum Insider

A relação entre microtúbulos e Alzheimer não é nova: um trabalho de 1989 já investigava aspectos dessa relação. Na doença, alterações da proteína tau estão associadas à sua separação dos microtúbulos e à formação de agregados e emaranhados dentro dos neurônios. Isso não comprova a hipótese da consciência quântica.

Computação Quântica

A pesquisa contribui para compreender efeitos quânticos em sistemas moleculares complexos, sem invalidar o conhecimento anterior sobre esses fenômenos.

Alguns métodos teóricos podem ser úteis à computação quântica. Um desafio importante dessa área é preservar e controlar estados quânticos diante da decoerência e de outros erros, e não impedir a transformação de matéria quântica em matéria “normal”.

A refrigeração extrema é necessária em algumas plataformas, mas não é a única estratégia. Outras tecnologias usam átomos, íons ou fótons sob condições diferentes. Cada abordagem apresenta desafios próprios de controle, custo e consumo energético.

Nicolò Defenu destaca que os métodos teóricos usados no estudo também são empregados em sistemas quânticos abertos e em computação quântica para compreender redes complexas em ambientes sujeitos a ruído.

Professor Nicolò Defenu — ETH Zurique, Suíça; resumo da declaração

Essas conexões podem orientar pesquisas futuras, mas não demonstram um computador quântico mais estável ou de menor consumo energético.

Outra possibilidade é investigar a superradiância como recurso para dispositivos quânticos, respeitando as condições específicas em que o efeito foi observado.

“A superradiância de um único fóton promete oferecer novas ferramentas para armazenar informação quântica, e este trabalho mostra seus efeitos em um contexto totalmente novo e diferente.

Certamente examinaremos de perto as implicações para os efeitos quânticos em sistemas vivos nos próximos anos.”

Marlan Scully — pioneiro dos lasers e físico teórico da óptica quântica

A superradiância pode ser investigada tanto para processamento quanto para armazenamento de informação. A possibilidade de uma aplicação não demonstra que ela já ocorra no cérebro.

Computadores Biológicos

Os organoides cerebrais são tecidos cultivados em laboratório usados para estudar o desenvolvimento, doenças e funções neurais. Seu potencial para biocomputação pode ser investigado independentemente de qualquer hipótese de consciência quântica.

Pesquisadores estudam o uso de culturas neurais em sistemas de processamento biológico. Ainda não está demonstrado que um sistema completo supere chips de silício em eficiência energética para tarefas comparáveis. O crescimento previsto do consumo energético da IA motiva a busca por alternativas, sem garantir a viabilidade dessa abordagem.

Discutimos essa área em “Avanços importantes rumo à inteligência organoide”.

Investindo no Cérebro Quântico

Não há aplicação comercial direta comprovada de uma suposta consciência quântica. Existem, porém, empresas de computação quântica e de equipamentos usados em pesquisas com tecidos e organoides cerebrais.

É possível investir em empresas relacionadas à computação quântica por diferentes corretoras. No Securities.io, você encontra análises de corretoras nos Estados Unidos, no Canadá, na Austrália, no Reino Unido e em outros países.

Outra opção é analisar fundos como o Defiance Quantum ETF (QTUM), que oferece uma carteira de empresas relacionadas ao tema. A diversificação não elimina riscos, e a carteira não representa uma exposição exclusiva à computação quântica. Veja também “5 empresas de computação quântica para conhecer”.

Empresas de Computação Quântica & Neural

1. Intel

A Intel (INTC ) é uma importante fabricante de chips e busca aplicar sua experiência de fabricação à pesquisa em computação quântica.

Em 2023, a empresa apresentou o Tunnel Falls, um chip experimental de 12 qubits de spin em silício. A Intel relatou rendimento de fabricação de 95% na pastilha e uniformidade de tensão. Esses resultados dizem respeito à fabricação do dispositivo de pesquisa; não demonstram um computador quântico comercial tolerante a falhas nem rendimento de 95% para operações quânticas.

Fonte: Intel

A Intel também desenvolve ferramentas de software, como o Intel Quantum SDK, para apoiar a programação e a simulação de sistemas quânticos. Um ecossistema integrado de hardware e software pode ser importante, mas não garante que a empresa reproduza no setor quântico suas vantagens comerciais anteriores.

Fonte: Intel

A fabricação escalável de chips quânticos pode contribuir para reduzir custos e facilitar a padronização. O impacto depende também do controle dos qubits, da correção de erros e do desenvolvimento de aplicações úteis.

A experiência da Intel em semicondutores oferece uma base industrial relevante. Contudo, seu histórico de inovação desde a década de 1960 não garante liderança futura em computação quântica.

2. BICO Group AB (BICO.ST)

Uma maneira de estudar o cérebro e os nervos é usar organoides cerebrais. Esses tecidos cultivados em laboratório permitem investigar características das respostas neuronais a possíveis terapias. Não reproduzem integralmente um cérebro humano.

Discutimos os avanços dessa área em “Avanços importantes rumo à inteligência organoide”.

Em 2024, pesquisadores da Universidade de Wisconsin–Madison imprimiram tecido neural humano funcional em 3D usando uma bioimpressora da Cellink. O resultado foi tecido neural organizado em camadas, não um cérebro completo nem uma demonstração de consciência.

Fonte: Cellink

Em 2021, o grupo Cellink passou a se chamar BICO Group, após aquisições como a Cytena, em 2019, e a Scienion, em 2020.

Cellink permaneceu como marca da área de bioimpressão. Essa tecnologia usa métodos de impressão 3D para produzir estruturas com células e materiais biológicos. A criação de órgãos completos para transplante apresenta desafios adicionais. (Veja “Impressão 3D de órgãos humanos: até que ponto é viável?”.)

A bioimpressão representava aproximadamente 1/5 da receita no período retratado, enquanto o segmento de automação de biociências respondia por mais de 3/5. Essas proporções são históricas e dependem da classificação dos segmentos.

Fonte: BICO Group AB

A Cellink é uma das fabricantes de equipamentos de bioimpressão. O trabalho da equipe do professor Zhang ilustra seu uso na pesquisa neural, sem demonstrar que essa tecnologia já esteja amplamente adotada na prática clínica.

No longo prazo, o desenvolvimento de terapias bioimpressas pode ampliar a demanda por equipamentos e consumíveis. Essa transição depende de validação científica, segurança, aprovação regulatória e viabilidade comercial; não é um resultado garantido.

O artigo compara esse modelo com o de fabricantes de equipamentos laboratoriais, como PacBio (PACB) e Illumina (ILMN). Consumíveis podem gerar receitas recorrentes importantes. A referência a 80% não deve ser interpretada como uma proporção universal ou invariável para ambas as empresas.

Uma expansão da pesquisa com organoides e tecidos neurais pode beneficiar fornecedores de equipamentos, como Cellink/BICO. Isso não significa que essas empresas tenham uma aplicação comercial comprovada da hipótese da consciência quântica.

3. Final Spark

Fundada em 2014 por Martin Kutter e Fred Jordan, a suíça FinalSpark pesquisa biocomputação. A empresa divulga o potencial de eficiência energética até 1 bilhão de vezes maior que o de chips de silício; essa comparação não constitui uma medição independente de computadores completos executando tarefas equivalentes.

Segundo a empresa, ela já havia testado 10 milhões de neurônios no desenvolvimento de sistemas de biocomputação. Os neurônios são cultivados a partir de células-tronco reprogramadas, que podem ter origem em células da pele; não são simplesmente retirados da pele como neurônios prontos.

A startup utiliza técnicas de cultura celular e interfaces eletrônicas para investigar processamento com neurônios vivos. Seu objetivo inclui aplicações futuras em inteligência artificial. As culturas dependem de manutenção e suporte laboratorial; não são computadores autossuficientes.

Na oferta de 2024 descrita pelo artigo, a FinalSpark disponibilizava acesso remoto à Neuroplatform para instituições de pesquisa por US$ 500 mensais por usuário. Trata-se de uma referência histórica, não de uma confirmação do preço atual.