Wissenschaftler der University of Chicago haben eine bahnbrechende Entdeckung gemacht, indem sie ein Protein aus einer lebenden Zelle in ein funktionierendes Quantenbit (Qubit) umwandelten. Diese Leistung, bei der Quanteneigenschaften bei Raumtemperatur demonstriert wurden, stellt die bisherige Annahme in Frage, dass Quanteneffekte nur bei extrem niedrigen Temperaturen möglich sind. Die Forscher nutzten das verbesserte gelbe fluoreszierende Protein (EYFP), ein in der Biologie häufig verwendetes Werkzeug zur Zellbeobachtung, und stellten fest, dass es als Qubit fungieren und Kohärenz sowie magnetische Resonanz innerhalb der komplexen Umgebung einer lebenden Zelle aufweisen kann.
Diese Arbeit eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Quantensensoren, die direkt in biologischen Systemen arbeiten können. Solche Sensoren könnten die Messung von physikalischen Größen wie Temperatur, Druck oder elektromagnetischen Feldern auf zellulärer Ebene revolutionieren, was bisher nur schwer oder gar nicht möglich war. Die Fähigkeit, Quanteneffekte in biologischen Systemen zu nutzen, könnte die medizinische Diagnostik und das Verständnis zellulärer Prozesse grundlegend verändern.
Die Forschung von Philip Kurian von der Howard University, die im März 2025 veröffentlicht wurde, deutet darauf hin, dass lebende Zellen Informationen über Quantenmechanismen wesentlich schneller verarbeiten können als über klassische biochemische Signalwege. Kurian beobachtete, dass Proteinstrukturen in lebenden Zellen Quantensuperposition aufweisen, was ihnen ermöglicht, Informationen mit Geschwindigkeiten von etwa 10^12 bis 10^13 Operationen pro Sekunde zu verarbeiten. Diese Erkenntnisse unterstreichen das wachsende Interesse an der Quantenbiologie und ihrem Potenzial für die Schaffung neuartiger Technologien, die Quanteneffekte in biologische Systeme integrieren.
Kurians Team hat auch gezeigt, dass bestimmte Proteinstrukturen, wie sie in Mikrotubuli vorkommen, Quanteneffekte wie Superradianz aufweisen können, selbst bei Raumtemperatur. Diese Entdeckung, die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde, legt nahe, dass biologische Systeme bereits Probleme lösen, die selbst fortschrittlichste Quantencomputer herausfordern. Die Anwendung dieser Erkenntnisse in der Medizin, insbesondere im Bereich der Neurodegeneration, wird ebenfalls erforscht. So untersuchte Kurians Team Amyloid-Fibrillen, die mit Alzheimer und anderen Demenzerkrankungen assoziiert sind, und schlug vor, dass sie eine neuroprotektive Funktion haben könnten, indem sie Neuronen vor schädlichen Photonen schützen.
Die Integration von Quantentechnologien in die Biologie verspricht tiefgreifende Auswirkungen. Quantensensoren, die auf Quantenlichtquellen oder Farbzentren in Diamanten basieren, ermöglichen detaillierte intrazelluläre Messungen und könnten die Entwicklung von biologisch kodierbaren Quantensensoren vorantreiben. Diese könnten zur Untersuchung von Proteinkonformationen, zur Verfolgung biochemischer Reaktionen oder zur Überwachung der Medikamentenbindung an Zielstrukturen mit beispielloser Präzision eingesetzt werden. Die Fähigkeit, Quanteneffekte in lebenden Systemen zu nutzen, ist nicht nur ein wissenschaftlicher Meilenstein, sondern ebnet auch den Weg für revolutionäre Fortschritte in der personalisierten Medizin, der Wirkstoffentwicklung und der biomedizinischen Bildgebung, indem sie ein tieferes Verständnis der fundamentalen Prozesse des Lebens auf molekularer Ebene ermöglicht.