量子生物学（）是一门企图将量子热学的原理应用于生命系统的稀有领域。它常被觉得是一个新的学科，由于近些年来有研究表明，一些生物现象（例如光合作用、酶催化、鸟类迁徙或触觉）可能也应用到了量子热学中的相干性、隧穿或纠缠等特点。
这种重要的发觉都是在过去二六年中出现的，但量子生物学的症结却可以溯源到更早的时期。1943年，化学学家薛定谔就在苏黎世三一大学的一系列讲演中阐述了量子热学才能怎样在生物过程中发挥作用。这被许多人视作是最早踏足量子生物学领域的尝试之一。但据近日发表在《皇家学会学报A》上的一篇论文所述，这个领域实际上可以溯源量子热学的发展早期，也就是20世纪20年代。
论文的作者之一是一名微生物学家，也是德国昂热学院量子生物学中心的校长。他说：“人们都误以为量子生物学是一门十分新的学科，实际上它在二战之前就早已开始了。那时侯，一些量子化学学家企图理解生命本身的特殊之处，以及量子热学是否能为这一问题提供新的思路。”论文的另一名作者是在布莱顿学院的同学JimAl-。
○论文：《量子生物学的起源》。
事实上，量子生物学在过去始终缺少可效度，直至近些年出现一些有趣的研究，才表明这个看法是值得探究的。诸如，越来越多的证据表明光合作用须要依赖量子效应来帮助动物将阳光转化为燃料；候鸟可能拥有一种内部的“量子罗盘”，能帮助它们感知月球磁场继而为它们导航；量子效应也可能在人类的味觉中发挥作用，帮助我们分辨不同的味道。（详见：《量子生物学：企图阐明自然界的奥秘》）
更具争议的是，在1989年，物理化学学家彭罗斯提出了一种名为“微管”的神秘蛋白质，他觉得这些蛋白质其实可以对量子效应加以借助，并把握着人类意识的秘密。极少有研究人员相信这是真的，并且加洲学院圣巴巴拉学校的数学学家近来提出，磷原子的核载流子其实能在脑部中充当简单的“量子比特”。换句话说，意识可以像量子计算机一样运作。
这就是为何和Al-在2015年出版了她们最畅销的科普书籍《神秘的量子生命：量子生物学时代的到来》。一篇没有被最终收录于书中的章节是关于这一领域的历史起源，但这一章节的内容成为了这篇最新论文的基础。
到了1927年，基于玻尔、海森堡、泡利、薛定谔、狄拉克、玻恩、约当、费米等人的努力，量子热学的物理框架也被构建了上去。因为量子热学在解释原子世界取得了巨大的成功，量子化学学家因此倍感激动不已。她们走出化学实验室，离开黑板，找寻新的有待被征服的科学领域。当时，微生物学以及新兴的遗传学和染色体遗传理论依然是未被探求的领域，越来越多的生物化学学家和生物物理家开始被吸引到那些领域。
1932年，剑桥甚至有一个理论生物学俱乐部，俱乐部里的成员包括化学学家、哲学家（如卡尔·波普尔）和生物学家。Al-说：“他们都觉得生命中有一些很非常的东西，认为数学学和物理中仍未发觉的原理可能有助于找到物理和生物学之间的过渡。”当然，对她们中的许多人来说，这更多的是一种爱好，她们并没能取得多大进展。但这种初期的讨论无疑对薛定谔形成了巨大的影响。
运用数学学和物理原理来解释生命系统这个观点并没有完全劝说玻尔，但在1929年的北欧自然科学家大会上，他在一次讲演中简略地提及了这些可能性。其中深受启发的就有日本化学学家约当，他也是一篇奠定了量子热学的物理基础的论文的作者之一。在20世纪30年代末，他开始使用“量子生物学（）”一词，并在薛定谔发表《什么是生命》的前一年发表了《物理学和有机生命的秘密》一书。在书中，他阐述了原子和量子化学学是否对生命至关重要。
不幸的是，约当是纳粹党的忠实成员（虽然他为爱因斯坦这样的犹太科学家辩护使他在纳粹党眼里是“政治上不可靠的”）。他企图将他的量子生物学理论与纳粹哲学联系上去——甚至宣称一个极权的领导人（元首）是生命的核心原则，这样的言论也败坏了这种理论的声誉，因而丧失了其他科学家的信任。
Al-说：“如果换做是其他化学学家，或许人们对量子生物学会愈发重视，并继续地思索其中的问题。但约当的背景促使这被视作是一个令人讨厌的研究领域。”
为此，让量子生物学的火焰继续燃烧的重担落到了薛定谔头上。Al-说：“在他的一本电脑上有一张知名的图片，里面画着染色体的图形，他企图理解染色体是怎样存储信息的。他想晓得是哪些让生命处于这些高度有序的状态。”在《什么是生命》一书中，薛定谔觉得，与无生命物质不同的是，生命物质可以遭到单个量子风波的影响。个别材料当被冷却到接近绝对零度的气温时向物理学家一样思考，才会表现出一些量子效应，比如内阻会消失的超导效应。按照薛定谔的说法，生物在温度下也会表现出这种类型的效应，其实正是由于它有很高的有序度。
一个具体的反例是他思索了果蝇是怎样通过“不断地从环境中汲取有秩序的东西”，因而从无序中生出秩序、让熵降低（这也许违背了热力学第二定理）的。按照化学学理论，在一个封闭的系统中——熵总是降低的向物理学家一样思考，并且生物不是孤立的系统。果蝇似乎能从无序中提取出有序，但它所处环境的熵也会相应降低。薛定谔还提出一种“非周期性晶体”可能包含了遗传信息，以及突变是通过“量子跃迁”发生的。（所谓非周期性晶体是指一种原子非随机排列的结构，它为细胞编码一套稳健的“密码”，但缺少晶体结构的规律性。）
《什么是生命》在当时引发了巨大的反响。克里克和沃森称这本书迸发了她们关于DNA双螺旋结构的思索，以及罗莎琳德·富兰克林的X射线衍射实验。但在那以后，量子生物学的热度就渐渐消退了。在此后的几六年里，化学学家普遍觉得生命系统太过喧闹，因而太过分脆弱的量子效应难以在像活细胞这样复杂的环境中持续存在。
其中的问题就在于量子退相干。纠缠是量子效应的关键：它以一种特殊的方法将两个或两个以上的物体联接在一起，使它们即使相隔很远，也能互相影响。爱因斯坦曾给它取了一个响亮的名号：“鬼魅般的超距作用”。但是哪怕是最轻微的互相作用（例如与单个光子发生碰撞）就会破坏这种纠缠。（相干性是量子态在不同时间、不同地点与自身或与其他态发生的协同运动。与相干对立的是退相干：当孤立的量子系统被打开，并活跃地与它们的原子环境发生互相作用时，它们会迅速地退相干，丧失它们量子热学上的协同特点，也就是它们的相干性，并开始表现出精典的宏观行为。退相干是制约建造量子计算机的重大障碍。）
Al-说：“通常我们觉得，环境越复杂，就越快退相干，如同低温物感受在高温环境中冷却一样。倘若不是这样的话，我们早就造出量子计算机了。这么，怎么能够使这种微妙的量子效应维持足够长的时间，因而让它们发挥作用呢?”
目前的看法是，在退相干出现之前，可能存在一些量子过程可以在其中发挥作用的生命系统。这是由于这样的系统依赖于微小尺度上（只有几个纳米）的少数分子的运动，使它们维持足够的孤立。事实上，量子信息论的近日研究表明，噪音实际上可能可以支持个别系统中的量子相干。
其实在数十亿年的进化过程中，大自然早已学会了怎么维持量子相干因而借助这种效应，只是我们还不晓得怎么做到这一点。
