Para peneliti dari Universitas Chicago telah berhasil menciptakan sebuah terobosan signifikan dengan mengintegrasikan fisika kuantum ke dalam sistem biologis. Mereka berhasil mengubah protein berpendar dari organisme laut menjadi instrumen yang sangat efisien yang disebut biokubit. Penemuan ini membuka jalan baru untuk pengembangan perangkat yang mampu menyelidiki bagian terkecil dalam sel.
Biokubit memiliki kemampuan unik untuk berada dalam dua keadaan secara bersamaan, sebuah fenomena yang dikenal sebagai superposisi. Berbeda dengan komputer klasik yang menggunakan bit yang hanya bisa bernilai 0 atau 1, kubit dapat eksis dalam kedua keadaan tersebut secara simultan, yang secara substansial meningkatkan kekuatan komputasinya. Kemampuan ini berpotensi mengubah pemahaman kita tentang sistem kehidupan dan memungkinkan penciptaan perangkat berteknologi tinggi baru.
Penelitian yang dipublikasikan dalam jurnal Nature ini menunjukkan bahwa protein berpendar dapat dimanfaatkan sebagai kubit biologis. Protein ini, yang ditemukan dalam berbagai organisme laut, menyerap cahaya pada satu panjang gelombang dan memancarkannya pada panjang gelombang yang lebih panjang. Dalam istilah mekanika kuantum, molekul berada dalam superposisi berbagai keadaan hingga diamati atau terganggu oleh interferensi eksternal. Tim peneliti mengembangkan mikroskop khusus untuk mengamati keadaan protein menggunakan iluminasi laser, dengan eksperimen yang dilakukan pada protein murni, sel pipi manusia, dan bakteri Escherichia coli.
Protein tersebut berfungsi sebagai kubit selama sekitar 16 mikrodetik, sebuah durasi yang relatif singkat dibandingkan metode pembuatan kubit lainnya. Namun, ini merupakan pertama kalinya sifat kuantum dapat diukur dalam organisme hidup. Terobosan ini sangat penting karena mengatasi tantangan dalam mengintegrasikan teknologi kuantum dengan sistem biologis yang hangat dan berisik, memungkinkan pengembangan sensor kuantum yang tidak memerlukan pendinginan ekstrem dan isolasi yang biasanya dibutuhkan oleh teknologi kuantum.
Kemampuan biokubit untuk mendeteksi sinyal magnetik dan listrik pada skala mikroskopis dapat memberikan wawasan yang belum pernah ada sebelumnya ke dalam proses biologis, seperti pelipatan protein, pelacakan reaksi biokimia dalam sel, dan pemantauan interaksi obat dengan sel target dan protein. Penelitian ini membuka perspektif baru untuk studi lebih lanjut di bidang biologi kuantum dan pengembangan bioteknologi baru, dengan potensi aplikasi yang mencakup pencitraan medis yang lebih baik dan deteksi dini jalur penyakit. Pekerjaan perintis ini didukung oleh pembentukan Pusat Biologi dan Kedokteran Kuantum Berggren di Universitas Chicago, berkat sumbangan besar sebesar 21 juta dolar.
Di masa depan, kubit protein ini dapat merevolusi bidang nano-MRI yang ditingkatkan kuantum, memungkinkan pengungkapan struktur atom mekanisme seluler dan mengubah metode penelitian biologis. Para peneliti juga berupaya menciptakan material kuantum menggunakan mekanisme evolusi dan perakitan mandiri alami, yang dapat membantu mengatasi beberapa hambatan yang dihadapi teknologi kuantum berorientasi spin modern. Selain itu, kubit protein dapat membuka cakrawala baru untuk pengembangan teknologi kuantum itu sendiri.