Un equipo de investigadores de la Universidad de Chicago ha logrado un avance pionero al conseguir que una proteína dentro de células vivas funcione como un qubit, la unidad fundamental de la información cuántica. Este hito, publicado en la revista Nature el 29 de agosto de 2025, abre nuevas posibilidades para la detección cuántica en entornos biológicos, superando las limitaciones de los sensores cuánticos tradicionales que requieren temperaturas extremadamente bajas.
Liderado por David Awschalom y Peter Maurer de la Pritzker School of Molecular Engineering (UChicago PME), el equipo transformó una proteína fluorescente genéticamente codificada, específicamente la proteína fluorescente amarilla mejorada (EYFP), en un sensor cuántico. A diferencia de los sensores convencionales, estos qubits basados en proteínas operan eficazmente en las condiciones cálidas y dinámicas de los sistemas biológicos. La investigación demostró la capacidad de la EYFP para detectar cambios ambientales minúsculos, con tiempos de relajación espín-red medidos de 141 microsegundos y tiempos de coherencia de 16 microsegundos.
Este desarrollo tiene el potencial de revolucionar la imagen por resonancia magnética (IRM) a nanoescala, ofreciendo una visión a nivel atómico de los procesos biológicos. La capacidad de las células para producir sus propios sensores cuánticos facilita una orientación precisa a nivel subcelular. El estudio, titulado "A fluorescent-protein spin qubit", empleó una técnica novedosa de lectura de espín para lograr qubits de espín ópticamente direccionables en EYFP, demostrando que el comportamiento cuántico puede trasladarse a sistemas vivos.
La investigación recibió el apoyo de la National Science Foundation's Quantum Leap Challenge Institute for Quantum Sensing for Biophysics and Bioengineering (QuBBE), establecido en 2021 para avanzar la tecnología cuántica en biología, y de la Gordon and Betty Moore Foundation. La integración exitosa de sensores cuánticos en células vivas representa un avance sustancial tanto para la tecnología cuántica como para la investigación biológica, prometiendo profundizar la comprensión de los procesos celulares y los mecanismos de las enfermedades, y allanando el camino para enfoques diagnósticos y terapéuticos novedosos.
David Awschalom, director del Chicago Quantum Exchange, enfatiza la importancia de la investigación en spintrónica y la ingeniería de información cuántica para estas aplicaciones. Investigaciones adicionales, como las del laboratorio de Peter Maurer, han explorado la interfaz de biomoléculas intactas con sensores cuánticos de diamante, desarrollando arquitecturas de superficie biocompatibles para anclar biomoléculas y preservar la coherencia de los centros de nitrógeno-vacancia (NV). Este enfoque abre la puerta a la bio-detección cuántica multiplexada y a redes de sensores cuánticos operables en entornos biológicos complejos.