Исследователи из Школы молекулярной инженерии Притцкера Чикагского университета (UChicago PME) добились значительного прорыва, успешно преобразовав белок, присутствующий в живых клетках, в функциональный квантовый бит, или кубит. Эта разработка, опубликованная 29 августа 2025 года в журнале Nature, открывает новые возможности для интеграции квантовых технологий с биологическими системами.
В отличие от традиционных квантовых сенсоров, требующих экстремально низких температур, эти белковые кубиты генетически встраиваются в живые клетки и эффективно функционируют в теплой и динамичной биологической среде. Исследователи под руководством Дэвида Авшалома и Питера Маурера использовали генетически кодируемый флуоресцентный белок, продемонстрировав его способность действовать как квантовый сенсор, улавливающий мельчайшие изменения в окружающей среде. Это достижение может привести к развитию квантово-усиленной нано-МРТ, предоставляющей детальные сведения о биологических процессах на атомном уровне.
В ходе исследования, описанного в статье «A fluorescent-protein spin qubit», была применена новая техника считывания спина. Команде удалось создать оптически адресуемые спиновые кубиты на основе улучшенного желтого флуоресцентного белка (EYFP), зафиксировав время спин-решеточной релаксации в 141 микросекунду и время когерентности в 16 микросекунд. Эти показатели позиционируют флуоресцентные белки как перспективную платформу для квантового зондирования.
Исследование получило поддержку от Национального научного фонда США в рамках программы Quantum Leap Challenge Institute for Quantum Sensing for Biophysics and Bioengineering (QuBBE) и Фонда Гордона и Бетти Мур. Основанный в 2021 году, QuBBE стремится развивать квантовые технологии в области биологии и готовить специалистов для квантовой отрасли через STEM-образование.
Успешная интеграция квантовых сенсоров в живые клетки является значительным шагом вперед как для квантовых технологий, так и для биологических исследований. Эта инновация обладает потенциалом углубить наше понимание клеточных процессов и механизмов заболеваний, открывая путь к новым диагностическим и терапевтическим подходам. Белковые кубиты могут стать основой для создания квантовых материалов нового поколения, используя естественные процессы эволюции и самосборки для решения проблем масштабируемости существующих спиновых квантовых технологий. Хотя эти белковые кубиты пока не достигают чувствительности алмазных квантовых сенсоров, их способность к генетическому кодированию в живых системах открывает уникальные возможности для применения, включая наблюдение за биологическими процессами на квантовом уровне, от сворачивания белков до ранних признаков заболеваний.