Un canal ionique dans la membrane cellulaire est une porte large de quelques atomes. Chaque seconde, des millions de particules chargées — des ions sodium et potassium — le traversent. La physique classique affirmait que pour passer, un ion devait franchir une barrière d'énergie, comme un voyageur doit franchir un haut col de montagne. Mais les calculs montraient que les canaux laissent passer bien plus d'ions que ne le permettrait un tel saut.
Il s'avère que les ions ne sautent pas par-dessus la barrière, mais la traversent. C'est l'effet tunnel quantique, un effet dans lequel une particule s'infiltre à travers un obstacle, comme si une personne traversait un mur sans le détruire. Les auteurs de l'étude ont construit un modèle dans lequel l'ion tunnelise à travers un filtre étroit du canal, et ont obtenu les valeurs exactes de conductivité pour les canaux sodium et potassium — celles-là mêmes qui sont mesurées dans les expériences.
L'approche quantique change notre vision de la cellule vivante. Les canaux ioniques apparaissent non plus comme de simples pores, mais comme des conducteurs quantiques. Les auteurs prédisent que de tels canaux devraient présenter des résonances à des fréquences de l'ordre du térahertz — ce qui peut être vérifié expérimentalement. Si cette prédiction se confirme, la biologie quantique obtiendra des fondations solides, et nous, une nouvelle compréhension de la façon dont la vie utilise les lois du monde microscopique.
La largeur d'un canal ionique est d'environ 0,3 nanomètre. C'est 300 000 fois plus fin qu'un cheveu humain, et pourtant le canal laisse passer jusqu'à 100 millions d'ions par seconde.
Dans le roman de Greg Egan « La Cité des permutants », les gens scannent leur cerveau avec une précision allant jusqu'aux états quantiques — peut-être que l'effet tunnel dans les canaux ioniques fera partie de ces technologies.