Onderzoekers van de Universiteit van Chicago hebben een revolutionaire stap gezet in de kwantumtechnologie door een eiwit uit een levende cel om te vormen tot een functionele kwantumbit (qubit). Dit baanbrekende werk, gepubliceerd in Nature, toont aan dat kwantumeffecten bij kamertemperatuur kunnen bestaan, wat voorheen als onmogelijk werd beschouwd.
Het team gebruikte enhanced yellow fluorescent protein (EYFP), een eiwit dat veelvuldig wordt ingezet voor celobservatie in de biologie. Ze ontdekten dat EYFP als kwantumbit kan fungeren, met behoud van coherentie en magnetische resonantie binnen de complexe omgeving van een levende cel. Dit doorbreekt de algemene opvatting dat kwantumfenomenen enkel bij extreem lage temperaturen optreden. EYFP bezit een stabiele, optisch meetbare 'triplet state', wat het een uitstekende kandidaat maakt voor kwantumsensoren. Deze ontdekking opent deuren naar de ontwikkeling van kwantumsensoren die direct in biologische systemen kunnen opereren.
Eerder, in maart 2025, publiceerde natuurkundige Philip Kurian van Howard University onderzoek waaruit bleek dat levende cellen informatie via kwantummechanismen kunnen verwerken, sneller dan via klassieke biochemische signalering. Kurian's onderzoek, met name zijn bevindingen over 'single-photon superradiance' in eiwitstructuren, suggereert dat cellen al op een kwantummechanische wijze informatie verwerken. Dit fenomeen, waarbij moleculen synchroon licht uitzenden, werd voorheen alleen onder extreem koude omstandigheden waargenomen.
De integratie van kwantumtechnologie in biologische systemen heeft verreikende implicaties. Kwantumbiologie, een opkomend vakgebied, onderzoekt hoe kwantummechanica biologische processen beïnvloedt. Dit kan leiden tot revoluties in diagnostiek, medicijnontwikkeling en zelfs computertechnologie. Zo kan kwantumcomputing helpen bij het ontwerpen van medicijnen en het simuleren van klinische proeven, wat de ontwikkeling van behandelingen voor complexe ziekten zoals kanker en Alzheimer aanzienlijk kan versnellen.
De mogelijkheid om kwantumfenomenen op cellulair niveau te benutten, kan de medische wereld fundamenteel veranderen, van precisiegeneeskunde tot de ontwikkeling van nieuwe sensoren voor het monitoren van intracellulaire parameters. De prestatie van het team van de Universiteit van Chicago is een significante stap voorwaarts. Door een biologisch molecuul om te zetten in een kwantumbit, wordt een brug geslagen tussen de kwantumwereld en de biologie. Dit biedt een platform voor het creëren van genetisch encodeerbare kwantumsensoren, die op hun beurt kunnen worden ingezet voor nanoscale biologische detectie en kwantumbeeldvorming. De veerkracht van EYFP in de complexe omgeving van levende cellen, zoals aangetoond door de onderzoekers, is cruciaal voor de praktische toepassing van deze technologieën.