Исследователи из Чикагского университета в 2025 году совершили прорыв, превратив биологический белок в полноценный квантовый сенсор, что ранее считалось невозможным из-за фундаментальных различий между квантовой механикой и биологией. Традиционно квантовые устройства требуют экстремальных условий, таких как сверхнизкие температуры и вакуум, в то время как живые клетки функционируют в теплой и влажной среде. Это открытие устраняет барьер между этими областями, позволяя напрямую наблюдать биологические процессы на квантовом уровне.
В основе прорыва лежит создание "живого" кубита — квантового бита информации — путем интеграции квантовых свойств в существующие биологические молекулы. Вместо создания искусственных систем, имитирующих жизнь, ученые использовали естественные квантовые свойства белков. Этот подход предполагает, что природа могла использовать квантовую механику для биологических функций на протяжении миллионов лет, и теперь человечество учится понимать этот "язык". Тот факт, что белок может быть преобразован в кубит, указывает на его естественную приспособленность к поддержанию квантовых состояний, что может означать наличие скрытого квантового слоя в таких процессах, как активность ферментов и сворачивание белков.
Новый метод предлагает значительные преимущества по сравнению с традиционными квантовыми сенсорами. Белковые кубиты могут производиться непосредственно клетками путем введения соответствующего гена, что позволяет создавать их в больших количествах и размещать с высокой точностью внутри живых систем. Этот процесс подобен выращиванию самоорганизующихся квантовых сетей внутри организмов для мониторинга тканей или органов. Потенциально, эти биологические сенсоры могут обнаруживать сигналы в тысячи раз сильнее, чем существующие технологии, обеспечивая беспрецедентную чувствительность при наблюдении за биологическими процессами.
Революционное применение этой технологии — "наноразмерный квантовый магнитный резонанс", позволяющий отслеживать атомную структуру клеточных механизмов, таких как сворачивание белков, в режиме реального времени внутри живой клетки. Ранее подобные наблюдения требовали фиксации клеток, предоставляя лишь статичные изображения. Теперь возможно выявлять ранние молекулярные признаки заболеваний, такие как первый неправильно свернутый белок, который может привести к развитию опухоли. Хотя точность белковых сенсоров пока уступает лучшим алмазным сенсорам, их способность функционировать внутри живых систем открывает путь к фундаментальному изменению медицинской диагностики.
Переход от лечения к профилактической молекулярной коррекции становится возможным благодаря выявлению статистической вероятности возникновения заболеваний на молекулярном уровне до появления симптомов. Исследования в области квантовой биологии подтверждают роль квантовых эффектов, таких как туннелирование и когерентность, в биологических процессах, включая фотосинтез и ферментативный катализ. Разработка белковых кубитов открывает новые горизонты для наноразмерной магнитно-резонансной томографии (нано-МРТ), обещая революцию в диагностике путем выявления заболеваний на самых ранних стадиях молекулярных изменений.