Onderzoekers van de Pritzker School of Molecular Engineering (PME) aan de Universiteit van Chicago hebben een baanbrekende prestatie geleverd door een eiwit dat voorkomt in levende cellen om te zetten in een functionele kwantumbit, de fundamentele eenheid van kwantumcomputing.
Dit eiwit, bekend als Enhanced Yellow Fluorescent Protein (EYFP), vertoont kwantumeigenschappen onder omgevingsomstandigheden, waardoor de extreem lage temperaturen die doorgaans nodig zijn voor kwantumsensoren overbodig worden. Deze innovatie, gepubliceerd op 20 augustus 2025 in het gerenommeerde tijdschrift Nature, markeert een significante stap in de integratie van kwantumtechnologie met biologische systemen.
Traditioneel vereist kwantumcomputing sterk geïsoleerde en extreem koude omgevingen om de fragiele kwantumtoestanden te behouden. De ontdekking dat EYFP, een veelgebruikt biologisch merker, als een kwantumbit kan functioneren, zelfs binnen de complexe en dynamische omgeving van levende cellen, doorbreekt deze beperking. Dit opent nieuwe mogelijkheden voor het ontwikkelen van kwantumsensoren die direct in biologische systemen kunnen worden ingezet.
Het team, met onder andere David Awschalom, een vooraanstaand mede-onderzoeker en professor aan UChicago PME, benadrukt het belang van interdisciplinair onderzoek. "We betreden een tijdperk waarin de grens tussen kwantumfysica en biologie begint te vervagen. Hier zal werkelijk transformerende wetenschap plaatsvinden," aldus Awschalom. De onderzoekers toonden aan dat EYFP meetbare spincoherentietijden vertoont en gemanipuleerd en uitgelezen kan worden met licht en microgolven, wat bevestigt dat kwantumgedrag behouden blijft in levende systemen zoals zoogdier- en bacteriële cellen.
Hoewel de gevoeligheid nog lager is dan die van diamantgebaseerde sensoren, biedt dit een genetisch encodeerbaar kwantumplatform. De studie werd gefinancierd door de U.S. National Science Foundation (NSF) en de Gordon and Betty Moore Foundation. Deze samenwerking tussen kwantumtechnologie en moleculaire biologie is cruciaal. Onderzoekers zoals Peter C. Maurer, mede-hoofdonderzoeker en assistent-professor moleculaire techniek aan UChicago PME, stellen dat de natuur zelf, via evolutie en zelfassemblage, kan worden ingezet om huidige uitdagingen in spin-gebaseerde kwantumtechnologie te overwinnen.
Dit nieuwe platform kan leiden tot kwantumsensoren die parameters zoals magnetische velden, elektrische velden of temperatuurschommelingen op nanoschaal detecteren, met een ongekende precisie. De implicaties voor de geneeskunde en biologisch onderzoek zijn enorm. Deze eiwit-kwantumbits kunnen de weg banen voor nanoscopische MRI-toepassingen die de atomaire structuur van cellulaire machinerie kunnen onthullen, of voor het realtime monitoren van biochemische reacties en het detecteren van vroege ziektemarkers. Het vermogen om kwantumfunctionaliteiten direct in biologische systemen te integreren, belooft een revolutie teweeg te brengen in hoe we biologische processen begrijpen en hoe we ziekten diagnosticeren en behandelen, waardoor een dieper inzicht in de fundamentele werking van leven ontstaat.