Ricercatori dell'Università di Chicago hanno sviluppato una proteina ingegnerizzata che funziona come qubit, l'unità fondamentale dell'informazione quantistica. Questo studio pionieristico, pubblicato il 29 agosto 2025, segna una convergenza significativa tra la tecnologia quantistica e i sistemi biologici.
A differenza dei tradizionali sensori quantistici a stato solido, che richiedono condizioni criogeniche estreme, questi nuovi qubit basati su proteine sono codificati geneticamente all'interno delle cellule. Ciò consente loro di operare efficacemente negli ambienti caldi e dinamici tipici dei sistemi biologici, un vantaggio cruciale per l'esplorazione della vita a livello molecolare.
Il team, guidato da David Awschalom e Peter Maurer, si è concentrato su una proteina fluorescente geneticamente codificata, dimostrandone la capacità di agire come sensore quantistico in grado di rilevare minime variazioni ambientali. Questa innovazione potrebbe abilitare la risonanza magnetica quantistica (MRI) su nanoscala, fornendo intuizioni a livello atomico sui processi biologici.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature con il titolo "A fluorescent-protein spin qubit", ha impiegato una tecnica innovativa di lettura dello spin. I ricercatori sono riusciti a ottenere qubit di spin otticamente indirizzabili nella proteina Enhanced Yellow Fluorescent Protein (EYFP), registrando un tempo di rilassamento spin-reticolo di 141 microsecondi e un tempo di coerenza di 16 microsecondi. Questi risultati posizionano le proteine fluorescenti come una promettente nuova piattaforma per lo sviluppo di sensori quantistici.
Il progetto ha beneficiato del supporto della National Science Foundation, attraverso il Quantum Leap Challenge Institute for Quantum Sensing for Biophysics and Bioengineering (QuBBE), e della Gordon and Betty Moore Foundation. Fondato nel 2021, QuBBE mira a promuovere l'avanzamento della tecnologia quantistica in biologia e a formare la futura forza lavoro quantistica attraverso l'educazione STEM.
L'integrazione riuscita di sensori quantistici in cellule viventi rappresenta un progresso notevole sia per la tecnologia quantistica che per la ricerca biologica, promettendo di approfondire la comprensione dei processi cellulari e dei meccanismi delle malattie, aprendo la strada a nuovi approcci diagnostici e terapeutici. Ulteriori ricerche nel campo dei sensori quantistici biologici stanno esplorando l'uso di difetti puntuali in diamanti, come i centri NV (azoto-vacanza), per il rilevamento di campi magnetici a livello cellulare. L'obiettivo comune è quello di fornire strumenti senza precedenti per osservare e manipolare la vita a scale precedentemente inaccessibili.