Исследователи Чикагского университета совершили значительный прорыв, объединив квантовую физику с биологическими системами. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature. Им удалось преобразовать флуоресцентные белки, встречающиеся у морских организмов, таких как медузы и кораллы, в сверхэффективные инструменты — биокубиты. Эти биокубиты способны существовать в двух состояниях одновременно, что является ключевым свойством квантовой механики, известным как суперпозиция. Это открытие открывает новые возможности для разработки устройств, способных исследовать мельчайшие частицы внутри клеток.
Классические компьютеры работают с битами, которые могут принимать только одно из двух значений: 0 или 1. Кубиты же, благодаря принципу суперпозиции, могут одновременно представлять оба значения, что значительно увеличивает их вычислительную мощность. Однако применение кубитов в живых организмах ранее было затруднено необходимостью создания особых условий. Исследователи разработали специальный микроскоп, который позволяет наблюдать за состоянием белков с помощью лазерного освещения. Эксперименты проводились как на чистых белках, так и на клетках человеческого эпителия щеки и бактериях Escherichia coli.
В ходе экспериментов белки функционировали как кубиты в течение примерно 16 микросекунд. Хотя это время значительно меньше, чем у кубитов, созданных другими методами, это стало первым случаем измерения квантовых свойств непосредственно внутри живых организмов. Это достижение открывает значительные перспективы для дальнейших исследований в области квантовой биологии и разработки новых биотехнологий.
Квантовая биология — это развивающаяся область, которая исследует, как квантовая механика влияет на биологические процессы, такие как фотосинтез, обоняние и катализ ферментов. Потенциальные применения этой технологии простираются от медицины и фармацевтики до материаловедения и производства энергии. В медицине квантовые сенсоры могут привести к созданию новых диагностических инструментов и терапевтических методов, а также к революционным изменениям в персонализированных планах лечения и разработке лекарств. Эта пионерская работа была поддержана созданием Центра квантовой биологии и медицины имени Берггрена в Чикагском университете, благодаря щедрому пожертвованию в размере 21 миллиона долларов.
В будущем эти белковые кубиты могут привести к революции в области квантово-усиленной нано-МРТ, позволяя раскрыть атомную структуру клеточных механизмов и трансформируя методы биологических исследований. Исследователи также работают над созданием квантовых материалов, используя природные механизмы эволюции и самосборки, что может помочь преодолеть некоторые препятствия, с которыми сталкивается современная спин-ориентированная квантовая технология. Более того, белковые кубиты могут открыть новые горизонты для развития самой квантовой технологии.