Wetenschappers van de Universiteit van Chicago hebben een doorbraak gerealiseerd door een biologisch eiwit om te zetten in een functionele kwantumsensor. Dit onderzoek, gepubliceerd in Nature, overbrugt de kloof tussen de kwantummechanica en de biologie, gebieden die voorheen als onverenigbaar werden beschouwd vanwege de extreme omstandigheden die kwantumtechnologie vereist, zoals temperaturen nabij het absolute nulpunt.
Het onderzoeksteam heeft een 'levende' kwantumbit, of qubit, gecreëerd door een eiwit dat van nature in levende cellen voorkomt, te activeren voor kwantumtoepassingen. Deze 'van binnenuit'-aanpak, waarbij gebruik wordt gemaakt van de natuurlijke kwantum eigenschappen van moleculen, suggereert dat de natuur mogelijk al kwantummechanica gebruikt voor biologische functies. De onderzoekers speculeren dat processen zoals enzymactiviteit en eiwitvouwing, die momenteel met klassieke chemie worden verklaard, een verborgen kwantumlaag kunnen hebben die voorheen niet waarneembaar was.
Een significant voordeel van deze methode is dat de eiwit-qubits direct door cellen kunnen worden geproduceerd, in tegenstelling tot kunstmatig gecreëerde sensoren zoals defecten in diamantroosters. Door het introduceren van het juiste gen in een cel, kan de natuurlijke machinerie deze gevoelige sensoren in massa produceren en ze met precisie plaatsen binnen een levend systeem. Dit proces wordt vergeleken met het planten van een zaadje dat fabrieken laat groeien, wat de weg opent naar zelforganiserende kwantumnetwerken binnen levende organismen voor monitoring van weefsels en organen.
Deze biologische sensoren hebben het potentieel om signalen te detecteren die duizenden keren sterker zijn dan wat huidige technologieën kunnen vastleggen, wat een ongekend niveau van gevoeligheid biedt voor het observeren van biologische processen. Een revolutionaire toepassing is de mogelijkheid van 'nano-schaal kwantum magnetische resonantie', waarmee de atomaire structuur van cellulaire machinerie, zoals eiwitvouwing, in real-time gevolgd kan worden terwijl de cel leeft. Dit kan leiden tot de detectie van de vroegste moleculaire tekenen van ziekte, zoals het eerste verkeerd gevouwen eiwit dat later tot een tumor zou kunnen leiden.
Hoewel de precisie van deze eiwitsensoren nog niet de gevoeligheid van de beste diamantsensoren evenaart, vertegenwoordigt hun vermogen om direct binnen levende systemen te functioneren een 'veel radicalere' belofte. Deze ontdekking kan de definitie van medische diagnose fundamenteel veranderen, door de verschuiving van ziektebehandeling naar preventieve moleculaire correctie mogelijk te maken, waarmee een nieuw tijdperk in de gezondheidszorg wordt ingeluid.