Per lungo tempo, la meccanica quantistica e la biologia sono state considerate discipline quasi inconciliabili. I sistemi quantistici, come computer e sensori, richiedono condizioni estreme – temperature prossime allo zero assoluto, vuoto perfetto e isolamento totale – per preservare le loro delicate proprietà. Al contrario, le cellule viventi prosperano in ambienti caldi, caotici e umidi, apparentemente ostili a qualsiasi fenomeno quantistico. Questa divergenza fondamentale ha impedito agli scienziati di osservare direttamente i processi più sottili della vita a livello quantistico.
Tuttavia, una ricerca pionieristica condotta presso l'Università di Chicago nel 2025 ha infranto drasticamente questa barriera. I ricercatori sono riusciti a trasformare una proteina biologica, una molecola presente nelle cellule viventi, in un sensore quantistico pienamente funzionante. Al centro di questa scoperta vi è la creazione di un "qubit vivente", l'unità fondamentale di informazione nel mondo quantistico. Invece di costruire complesse macchine per imitare la vita, gli scienziati hanno persuaso la vita stessa a diventare parte della loro tecnologia, adottando un approccio "dall'interno verso l'esterno". L'attivazione delle proprietà quantistiche naturali di una molecola già presente in un sistema biologico suggerisce una profonda intuizione: forse la natura ha sempre utilizzato la meccanica quantistica per le sue funzioni biologiche, e noi stiamo solo ora imparando a decifrare questo linguaggio.
Il fatto che una proteina biologica possa essere convertita in un qubit implica che la sua struttura sia già intrinsecamente adatta a mantenere stati quantistici. Questo potrebbe significare che processi come l'attività enzimatica o il ripiegamento delle proteine (protein folding), attualmente spiegati dalla chimica classica, possiedono in realtà uno strato quantistico nascosto che finora ci è sfuggito. Il campo della "biologia quantistica" sta esplorando attivamente come fenomeni come la coerenza quantistica e il tunneling di particelle possano influenzare processi vitali, dalla fotosintesi alla catalisi enzimatica, suggerendo che la vita stessa sia intrinsecamente quantistica.
I vantaggi di questo approccio sono straordinari. A differenza dei sensori quantistici creati artificialmente, come i difetti nei reticoli di diamante, questi "qubit proteici" possono essere prodotti direttamente dalle cellule. L'introduzione del corretto gene in una cellula permette al suo macchinario naturale di produrre in massa questi sensori incredibilmente sensibili. Ciò consente di posizionarli con precisione atomica esattamente dove sono necessari: all'interno di un sistema vivente. Questo processo è più simile a piantare un seme che crescerà in fabbriche, piuttosto che costruire una singola fabbrica. Potenzialmente, si potrebbero creare intere reti quantistiche auto-organizzate all'interno degli organismi viventi per monitorare tessuti o organi interi dall'interno.
Inoltre, questi sensori biologici hanno il potenziale per rilevare segnali migliaia di volte più forti rispetto alle tecnologie attuali, aprendo la porta a un livello di sensibilità senza precedenti nell'osservazione dei processi biologici. L'applicazione più rivoluzionaria è la visione della "risonanza magnetica quantistica su scala nanometrica". Immaginate di poter tracciare la struttura atomica dei macchinari cellulari, come il processo di ripiegamento delle proteine, in tempo reale, mentre la cellula è viva e funzionante. In precedenza, tali osservazioni richiedevano la fissazione e la morte delle cellule, fornendo solo un'immagine statica. Con questa nuova tecnologia, si potrebbero rilevare i primi segni molecolari di una malattia, come la prima proteina mal ripiegata che, anni dopo, potrebbe portare a un tumore.
Sebbene la precisione di questi sensori proteici non eguagli ancora i migliori sensori a base di diamante, la loro capacità di funzionare direttamente all'interno dei sistemi viventi rappresenta una promessa "molto più radicale". Come sottolineato da David Awschalom, uno dei ricercatori principali, "sfruttare la natura per creare potenti famiglie di sensori quantistici è la nuova direzione qui". Questa scoperta potrebbe ridefinire la diagnosi medica, spostando l'attenzione dalla cura delle malattie esistenti alla prevenzione a livello molecolare, inaugurando così una nuova era nell'assistenza sanitaria.