Науковці з Чиказького університету досягли значного прориву, перетворивши білок Enhanced Yellow Fluorescent Protein (EYFP), що міститься в живих клітинах, на функціональний кубіт – фундаментальну одиницю квантових обчислень. Ця інновація, опублікована 20 серпня 2025 року в журналі Nature, відкриває нові можливості для створення квантових сенсорів у біологічних системах.
EYFP продемонстрував квантові властивості за нормальних умов, усуваючи потребу в наднизьких температурах, які традиційно потрібні для квантових сенсорів. Це дозволяє інтегрувати EYFP у живі клітини, зберігаючи його квантові характеристики навіть у фізіологічних умовах. Дослідження, проведене командою, що включає Джейкоба С. Федер, Бенджаміна С. Соловея, Шрею Верму та інших, отримало фінансування від Національного наукового фонду США (NSF) та Фонду Гордона та Бетті Мур.
Девід Ашволом, один із провідних співавторів дослідження та професор Чиказького університету, наголосив на важливості міждисциплінарних досліджень: "Ми вступаємо в епоху, коли межа між квантовою фізикою та біологією починає розмиватися. Саме тут відбуватимуться справді трансформаційні наукові відкриття". Ця розробка знаменує собою значний прогрес у злитті квантової фізики та біології, прокладаючи шлях до біосумісних квантових сенсорів, які потенційно можуть революціонізувати виявлення захворювань та моніторинг біологічних процесів у реальному часі.
Дослідження демонструє, що білок EYFP може зберігати свої квантові властивості навіть у складних і шумних умовах живих клітин, що було підтверджено експериментами як у людських ниркових клітинах, так і в бактеріях E. coli за кімнатної температури. Це свідчить про можливість створення генетично закодованих квантових сенсорів. Фінансування від Національного наукового фонду США (NSF) та Фонду Гордона та Бетті Мур підкреслює значну підтримку досліджень на стику квантової фізики та біології. Зокрема, Фонд Гордона та Бетті Мур через свою ініціативу "Emergent Phenomena in Quantum Systems" (EPiQS) активно підтримує інноваційні дослідження у сфері квантових матеріалів.
NSF також інвестує значні кошти у розвиток квантових технологій. Ця робота відкриває шлях до майбутнього квантової біології, де природні біологічні системи можуть бути використані для створення потужних квантових сенсорів. Вона також пропонує новий підхід до розробки квантових матеріалів, використовуючи еволюційні інструменти природи для подолання перешкод, з якими стикаються сучасні спінові квантові технології. Потенційні застосування включають сенсори, що виявляють магнітні поля, електричні поля або температурні коливання на нанорівні, а також використання в медицині для дослідження конформацій білків, відстеження біохімічних реакцій або моніторингу взаємодії ліків з мішенями з безпрецедентною точністю.