Quá trình hít thở, diễn ra hơn 20.000 lần mỗi ngày, không chỉ cung cấp oxy mà còn mang theo một lượng lớn thông tin về môi trường xung quanh thông qua các phân tử khác nhau. Khứu giác, giác quan chuyên biệt để giải mã thông tin này, cho phép chúng ta nhận diện mọi người, tránh nguy hiểm và gợi lại những ký ức xưa cũ. Tuy nhiên, cơ chế hoạt động chính xác của khứu giác vẫn là một bí ẩn.
Theo lý thuyết truyền thống, được đề xuất bởi hai người đoạt giải Nobel Linda Buck và Richard Axel vào năm 2004, các protein thụ thể trong mũi sẽ nắm bắt các phân tử và kích hoạt tín hiệu gửi lên não. Tuy nhiên, lý thuyết này gặp khó khăn trong việc giải thích tại sao các phân tử có hình dạng tương tự lại có thể có mùi hoàn toàn khác biệt, hoặc ngược lại. Ví dụ, sự thay thế oxy bằng lưu huỳnh trong một phân tử cồn có thể thay đổi mùi từ "cỏ mới cắt" thành "trứng thối" mà không làm thay đổi đáng kể hình dạng phân tử.
Để giải quyết những mâu thuẫn này, Giáo sư Elixabete Rezabal từ Đại học Basque Country đã trình bày lý thuyết của nhà vật lý sinh học Luca Turin và các cộng sự tại MIT. Lý thuyết này, được đề xuất lần đầu vào năm 1996, cho rằng khứu giác không dựa trên hình dạng phân tử mà dựa trên các dao động lượng tử của chúng. Các phân tử luôn chuyển động và rung động ở nhiệt độ phòng, và những dao động này được lượng tử hóa, nghĩa là chỉ tồn tại ở một số chế độ năng lượng nhất định.
Thí nghiệm với ruồi giấm đã chứng minh giả thuyết này. Khi được tiếp xúc với nước và nước nặng (có cùng hình dạng nhưng khác nhau về dao động lượng tử do sự thay thế hydro bằng deuterium), côn trùng đã Điều này cho thấy khả năng phân biệt dựa trên dao động lượng tử.
Cơ chế "đường hầm lượng tử qua mũi" (quantum nasal tunnel) được đề xuất để giải thích hiện tượng này. Nó sử dụng các đặc tính lượng tử của electron để nhận diện phân tử dựa trên dao động của chúng, tương tự như kỹ thuật quang phổ đường hầm điện tử không đàn hồi (IETS). Khi một phân tử liên kết với thụ thể, một electron di chuyển, tạo ra trao đổi năng lượng và gửi tín hiệu đến não. Sự truyền electron này chỉ xảy ra khi năng lượng cần thiết cho một phân tử nhảy lên một chế độ dao động cao hơn khớp chính xác với năng lượng mà electron phải giải phóng.
Giáo sư Luca Turin đã ứng dụng lý thuyết này để thành lập công ty Flexitral, chuyên về ngành công nghiệp nước hoa. Bằng cách tính toán các chế độ dao động của phân tử, công ty có thể tạo ra các hợp chất thay thế rẻ hơn nhưng có mùi tương tự. Giáo sư Rezabal trong bài thuyết trình tại Naukas Bilbao 2025 nhấn mạnh rằng cơ học lượng tử, dù có vẻ trừu tượng, lại đóng vai trò quan trọng trong nhiều hiện tượng sinh học hàng ngày, bao gồm cả khứu giác.