Ricercatori dell'Università di Chicago hanno trasformato con successo una proteina di una cellula vivente in un qubit funzionale, un passo avanti significativo nel campo delle tecnologie quantistiche. La proteina Enhanced Yellow Fluorescent Protein (EYFP) ha dimostrato di poter esibire proprietà quantistiche, come coerenza e risonanza magnetica, anche all'interno dell'ambiente complesso di una cellula vivente e a temperatura ambiente. Questa scoperta, pubblicata sulla rivista Nature, sfida l'idea che gli effetti quantistici siano limitati a temperature estremamente basse.
L'EYFP, comunemente utilizzato in biologia per la marcatura e l'osservazione cellulare, è stato riadattato come qubit otticamente indirizzabile. Il team di ricerca è riuscito a inizializzare, manipolare tramite microonde e leggere lo stato quantistico dell'EYFP utilizzando la luce. La capacità di eseguire queste operazioni all'interno di sistemi biologici apre la strada allo sviluppo di sensori quantistici geneticamente codificabili. A differenza dei sensori quantistici basati su nanomateriali, che spesso richiedono meccanismi di somministrazione invasivi, le proteine fluorescenti offrono una piattaforma più integrata e potenzialmente meno disturbante per l'interazione con i sistemi biologici.
Questa ricerca si allinea con studi precedenti che suggeriscono il potenziale dei meccanismi quantistici in biologia. Nel marzo 2025, il fisico Philip Kurian della Howard University ha pubblicato ricerche indicanti che le cellule viventi possono elaborare informazioni tramite meccanismi quantistici a velocità sorprendenti, superando la segnalazione biochimica classica. Il suo lavoro ha evidenziato che le strutture proteiche nelle cellule viventi dimostrano la sovrapposizione quantistica, consentendo un'elaborazione delle informazioni a velocità dell'ordine di 10^12-10^13 operazioni al secondo. Questi studi, inclusa la dimostrazione di superradiance in aggregati proteici a temperatura ambiente, suggeriscono che la natura stessa potrebbe sfruttare effetti quantistici per migliorare la funzionalità biologica.
L'integrazione di qubit basati su proteine in sistemi biologici promette di rivoluzionare campi come la diagnostica e l'informatica. La capacità di creare sensori quantistici che operano direttamente all'interno dei sistemi biologici potrebbe portare a strumenti in grado di sondare conformazioni proteiche, tracciare reazioni biochimiche o monitorare il legame dei farmaci con una precisione senza precedenti. Tali sensori potrebbero essere utilizzati per rilevare campi magnetici, campi elettrici o fluttuazioni di temperatura a livello nanoscopico, con potenziali applicazioni in medicina per la diagnosi di malattie cardiovascolari e neurologiche, e per lo studio di segnali neuronali a singola cellula.
Questo progresso sottolinea l'interesse crescente per la biologia quantistica, un campo emergente che esplora come la meccanica quantistica influenzi i processi biologici. La possibilità di sfruttare fenomeni quantistici a livello cellulare potrebbe trasformare la nostra comprensione della vita e portare allo sviluppo di tecnologie innovative che fondono il mondo quantistico con quello biologico, aprendo nuove prospettive per la scienza e la medicina.