シカゴ大学プリツカー分子工学大学院（UChicago PME）の研究者たちは、生きた細胞内で機能する量子ビット（キュービット）として機能するようにタンパク質を設計することに成功しました。この画期的な研究は、量子技術と生物学的システムを融合させる上で重要な一歩となります。この成果は、2025年8月20日にネイチャー誌に掲載された論文「A fluorescent-protein spin qubit」で発表されました。
従来の固体量子センサーは極低温環境を必要としますが、新たに開発されたタンパク質ベースの量子ビットは、生きた細胞内に遺伝子コードとして組み込まれています。これにより、生物学的環境に典型的な暖かくダイナミックな条件下でも効果的に機能します。デビッド・アウシュワロム教授とピーター・マウラー氏が率いる研究チームは、遺伝子コード化された蛍光タンパク質に焦点を当て、このタンパク質が量子センサーとして機能し、微細な環境変化を検出できることを実証しました。
このブレークスルーは、量子技術を活用したナノスケール磁気共鳴画像法（MRI）を可能にし、生物学的プロセスに関する原子レベルの洞察を提供する可能性があります。研究者たちは、強化型黄色蛍光タンパク質（EYFP）において光学的にアドレス可能なスピン量子ビットを実現し、スピン格子緩和時間141マイクロ秒、コヒーレンス時間16マイクロ秒を記録しました。これらの結果は、蛍光タンパク質が量子センサーの有望な新しいプラットフォームであることを示しています。
この研究は、国立科学財団の量子リープチャレンジ研究所（Quantum Leap Challenge Institute for Quantum Sensing for Biophysics and Bioengineering, QuBBE）およびゴードン・アンド・ベティ・ムーア財団からの支援を受けています。2021年に設立されたQuBBEは、生物学における量子技術の進歩と、STEM教育を通じた量子人材の育成を目指しています。生きた細胞への量子センサーの統合は、量子技術と生物学的研究の両方にとって大きな進歩であり、細胞プロセスや疾患メカニズムの理解を深め、新しい診断および治療アプローチへの道を開く可能性を秘めています。