Wissenschaftler der Universität Chicago haben einen bedeutenden Fortschritt erzielt, indem sie die Prinzipien der Quantenphysik mit biologischen Systemen verbinden. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift Nature veröffentlicht. Sie haben fluoreszierende Proteine aus marinen Organismen, wie Quallen und Korallen, in hocheffiziente Instrumente, sogenannte Biocubits, umgewandelt. Diese Biocubits sind in der Lage, gleichzeitig in zwei Zuständen zu existieren – ein Phänomen, das als Superposition bekannt ist. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Geräten, die tief in die kleinsten Bestandteile von Zellen eindringen können, und könnte unser Verständnis von lebenden Systemen revolutionieren.
Die Universität Chicago ist ein führendes Zentrum für Quantenforschung, das durch Initiativen wie das Berggren Center for Quantum Biology and Medicine, dessen Gründung durch eine großzügige Spende von 21 Millionen Dollar ermöglicht wurde und diese Pionierarbeit unterstützte, die Konvergenz von Quantentechnologie und Medizin vorantreibt. Die Forschung an der Universität Chicago hat bereits zu bedeutenden Erkenntnissen geführt, darunter die Entwicklung von optischen Pinzetten-Arrays zur Steuerung einzelner Atome für die Quanteninformationswissenschaft. Herkömmliche Computer arbeiten mit Bits, die entweder 0 oder 1 sein können. Qubits hingegen können beide Zustände gleichzeitig einnehmen, was ihre Rechenleistung erheblich steigert.
Bisher war die Nutzung von Qubits in lebenden Organismen durch die Notwendigkeit spezieller Umgebungen eingeschränkt. Die Forscher entwickelten zudem ein Mikroskop, das den Zustand von Proteinen mittels Laserbeleuchtung beobachtet. Experimente mit reinen Proteinen, menschlichen Wangenzellen und Escherichia coli-Bakterien zeigten, dass die Proteine für etwa 16 Mikrosekunden als Qubits fungierten. Obwohl dies eine kürzere Dauer ist als bei anderen Methoden zur Erzeugung von Qubits, markiert es die erste Messung quantenmechanischer Eigenschaften innerhalb lebender Organismen.
Die Quantenbiologie, ein aufstrebendes Feld, untersucht, wie Quantenphänomene wie Superposition und Verschränkung biologische Prozesse beeinflussen können. Diese Effekte, die normalerweise nur auf subatomarer Ebene auftreten, spielen offenbar eine entscheidende Rolle in der Effizienz von Prozessen wie der Photosynthese. Die Fähigkeit von Organismen, Quanteneffekte zu nutzen, wirft faszinierende Fragen auf und könnte die Grundlage für revolutionäre biotechnologische Anwendungen bilden. Die Universität Chicago spielt eine Schlüsselrolle in der Erforschung dieser Schnittstelle, indem sie die Konvergenz von Quantentechnologie und Medizin vorantreibt und neue Ansätze für Diagnostik und Therapie entwickelt. Diese Errungenschaft eröffnet Perspektiven für weitere Forschung im Bereich der Quantenbiologie und die Entwicklung neuer biotechnologischer Werkzeuge. Zukünftig könnten diese Protein-Qubits eine Revolution im Bereich der quantenverstärkten Nano-MRT bewirken, indem sie die atomare Struktur zellulärer Mechanismen aufdecken und die Methoden der biologischen Forschung transformieren. Die Erkenntnisse aus dieser Forschung könnten nicht nur unser Verständnis von Leben vertiefen, sondern auch den Weg für technologische Innovationen ebnen, die weit über die Grenzen heutiger Möglichkeiten hinausgehen.