Une avancée scientifique majeure a été réalisée par des chercheurs de l'Université de Chicago, qui ont réussi à transformer une protéine présente dans les cellules vivantes en un qubit fonctionnel. Cette prouesse ouvre la voie à une nouvelle ère de la détection quantique biologique, marquant une étape significative dans l'intégration des technologies quantiques au sein des systèmes biologiques.
Contrairement aux capteurs quantiques traditionnels qui exigent des environnements cryogéniques, ces qubits protéiques sont encodés génétiquement au sein des cellules. Ils opèrent ainsi efficacement dans les conditions chaudes et dynamiques propres aux milieux biologiques. L'équipe, dirigée par David Awschalom, professeur émérite d'ingénierie moléculaire et directeur de l'Échange Quantique de Chicago, et Peter Maurer, professeur adjoint d'ingénierie moléculaire, a mis l'accent sur une protéine fluorescente génétiquement codée. Ils ont démontré sa capacité à agir comme un capteur quantique, capable de détecter des variations environnementales infimes.
Cette innovation pourrait permettre l'imagerie par résonance magnétique (IRM) à l'échelle nanométrique, offrant des aperçus au niveau atomique des processus cellulaires. La publication dans Nature, intitulée « A fluorescent-protein spin qubit », a utilisé une technique de lecture de spin novatrice. Les chercheurs ont réussi à obtenir des qubits de spin optiquement adressables dans la protéine Enhanced Yellow Fluorescent Protein (EYFP), enregistrant un temps de relaxation spin-lumière de 141 microsecondes et un temps de cohérence de 16 microsecondes. Ces résultats positionnent les protéines fluorescentes comme une plateforme prometteuse pour les capteurs quantiques.
Le soutien de la National Science Foundation (NSF) via son Quantum Leap Challenge Institute for Quantum Sensing for Biophysics and Bioengineering (QuBBE) et de la Gordon and Betty Moore Foundation a été crucial pour cette recherche. Lancé en 2021, QuBBE vise à faire progresser la technologie quantique dans le domaine de la biologie et à former une main-d'œuvre qualifiée en sciences quantiques.
L'intégration réussie de capteurs quantiques dans les cellules vivantes représente un bond en avant pour la recherche biologique et la technologie quantique. Cette innovation promet d'approfondir notre compréhension des mécanismes cellulaires et des maladies, ouvrant la voie à des approches diagnostiques et thérapeutiques inédites. Les implications s'étendent au développement de nouveaux matériaux quantiques, en exploitant les processus d'évolution et d'auto-assemblage de la nature pour surmonter les défis de mise à l'échelle des technologies quantiques actuelles basées sur le spin.
Cette approche marque un changement de paradigme, passant de l'adaptation des outils quantiques aux systèmes biologiques à l'utilisation de la nature elle-même comme plateforme quantique, capable de fonctionner dans des environnements autrement prohibitifs pour la technologie quantique conventionnelle.