私たちは日々、無意識のうちに2万回以上呼吸をしています。この呼吸によって体内に取り込まれる空気には、酸素だけでなく、窒素、細菌、ウイルスなど様々な分子が含まれています。これらの分子を解読する「嗅覚」は、私たちの環境を理解する上で不可欠な感覚です。目を閉じていても人を識別したり、危険を回避したり、過去の記憶を呼び覚ましたりする嗅覚のメカニズムは、長年謎に包まれてきました。
従来の嗅覚の仕組みに関する説は、2004年にノーベル賞を受賞したリンダ・バック氏とリチャード・アクセル氏によって提唱されました。この説では、鼻の奥にある受容体タンパク質が外部分子を捕捉し、分子が受容体に適合すると信号が活性化され、脳がそれを匂いとして認識するとされています。しかし、この説明だけでは、形状が似ているにも関わらず全く異なる匂いを持つ分子（例えば、アルコール分子が刈りたての草のような匂いがする一方、酸素を硫黄に置き換えると腐卵臭に変わる例）を完全に説明することはできませんでした。
これに代わる理論として、物理化学者のエリサベテ・レサバル氏（バスク大学）が、MITの生物物理学者ルカ・トゥーリン氏らの提唱する「量子振動説」を紹介しました。この理論は、1996年に提唱され、私たちの鼻は分子の形状ではなく、その「量子振動」を検出していると主張しています。分子は室温で常に振動しており、その振動は量子化され、特定の振動モードのみが許容されます。水の分子が良い例で、重水素化水（重水）は通常の水と同じ形状を持ちながらも、原子が重いために振動モード間のエネルギー遷移が変化し、異なる振動を示します。トゥーリン氏は、この振動の違いを嗅覚が識別できると推論し、ショウジョウバエを用いた実験で、ショウジョウバエが水に引き寄せられ、重水からは遠ざかることを確認しました。
この量子振動説に基づき、「量子鼻トンネル」という概念が発展しました。これは、電子の量子特性を利用し、非弾性電子トンネル分光法（IETS）と同様に、分子の振動に基づいて分子を識別するメカニズムです。現在の理論では、分子が受容体に結合すると、電子がタンパク質間を移動する際にエネルギー交換が生じ、これが脳への信号伝達を引き起こすとされています。分子が最も低いエネルギーレベルで振動している際、分子がより高い振動モードにジャンプするために必要なエネルギーと、電子移動に必要なエネルギーが一致した場合にのみ、電子移動が発生し、匂いが活性化されます。エネルギーが一致しない場合は、匂いは知覚されません。
ルカ・トゥーリン氏は、この嗅覚振動理論を応用し、香水業界向けのFlexitral社を設立しました。分子の振動モードを計算することで、高価な香料化合物の代わりに、同様の振動特性を持つ安価な代替品を開発することが可能になりました。レサバル氏は、Naukas Bilbao 2025での講演を締めくくり、量子力学は私たちの日常生活に想像以上に深く関わっており、嗅覚においても振動が鍵であることを示唆していると述べました。