Wetenschappers van de Universiteit van Chicago hebben een baanbrekende prestatie geleverd door kwantumfysica te integreren met biologische systemen. De resultaten van het onderzoek werden gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Ze hebben fluorescerende eiwitten, afkomstig uit mariene organismen zoals kwallen en koralen, getransformeerd tot uiterst efficiënte instrumenten: biocubits. Deze biocubits bezitten het vermogen om tegelijkertijd in twee toestanden te bestaan, een fenomeen dat bekend staat als superpositie.
Dit opent nieuwe wegen voor de ontwikkeling van apparatuur die de meest subtiele structuren binnen cellen kan onderzoeken, wat fundamenteel onze kijk op levende systemen kan veranderen en de creatie van nieuwe hightech apparaten mogelijk maakt. In tegenstelling tot klassieke computers die werken met bits die slechts 0 of 1 kunnen zijn, kunnen qubits gelijktijdig in beide toestanden bestaan, wat hun rekenkracht aanzienlijk vergroot. Echter, het gebruik van qubits in levende organismen werd voorheen belemmerd door de noodzaak van speciale omstandigheden, zoals extreem lage temperaturen en isolatie.
De doorbraak van de Universiteit van Chicago ligt in het feit dat deze eiwit-gebaseerde qubits direct door cellen kunnen worden aangemaakt en gepositioneerd met atomische precisie, waardoor ze inherent geschikt zijn voor biologische omgevingen. Onderzoekers ontwikkelden een gespecialiseerde microscoop die de toestand van de eiwitten observeert met behulp van laserverlichting. Experimenten werden uitgevoerd op zuivere eiwitten, menselijke wangcellen en Escherichia coli bacteriën. De eiwitten functioneerden als qubits gedurende ongeveer 16 microseconden, wat korter is dan bij andere methoden. Dit markeert echter de eerste keer dat kwantumeigenschappen binnen levende organismen zijn gemeten.
Deze ontdekking opent perspectieven voor verder onderzoek binnen de kwantumbiologie en de ontwikkeling van nieuwe biotechnologieën. De mogelijkheid om kwantumfenomenen zoals eiwitvouwing en enzymatische reacties op nanoschaal te observeren, kan leiden tot revolutionaire doorbraken in medische beeldvorming en de vroege detectie van ziektepaden. Bovendien kan deze benadering de ontwikkeling van nieuwe kwantummaterialen inspireren, gebruikmakend van de natuurlijke zelfassemblageprocessen van eiwitten. Dit werk representeert een brug tussen kwantumfysica en moleculaire biologie, waardoor directe observatie van kwantumverschijnselen in levende systemen mogelijk wordt.
De Universiteit van Chicago heeft het Berggren Center for Quantum Biology and Medicine opgericht, gefinancierd met een gift van $21 miljoen, om de toepassing van kwantumtechnologie in de biomedische wetenschap verder te bevorderen. Dit centrum zal de integratie van kwantum engineering met biomedische wetenschap bevorderen om tools en technieken te ontwikkelen voor medische diagnostiek, monitoring en therapeutische ontwikkeling.