Các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker thuộc Đại học Chicago đã đạt được một bước đột phá đáng kể, biến đổi thành công protein huỳnh quang màu vàng tăng cường (EYFP) thành một bit lượng tử (qubit) chức năng. Phát hiện này, được công bố trên tạp chí Nature, chứng minh rằng các hiệu ứng lượng tử có thể tồn tại và hoạt động ở nhiệt độ phòng ngay trong môi trường tế bào sống, một thành tựu thách thức các quan niệm trước đây về yêu cầu nhiệt độ cực thấp của công nghệ lượng tử.
Thành tựu này mở ra tiềm năng phát triển các cảm biến lượng tử tiên tiến có khả năng hoạt động trực tiếp trong các hệ thống sinh học phức tạp. EYFP, một công cụ phổ biến trong nghiên cứu sinh học để quan sát tế bào, đã được chứng minh có thể hoạt động như một qubit lượng tử, thể hiện sự kết hợp (coherence) và cộng hưởng từ (magnetic resonance). Khả năng này được duy trì ở nhiệt độ phòng, một bước tiến quan trọng so với nhiều công nghệ lượng tử truyền thống đòi hỏi điều kiện làm lạnh khắc nghiệt.
Nghiên cứu của Đại học Chicago cho thấy EYFP có trạng thái "ba cực" (triplet state) ổn định, có thể đo lường bằng quang học và có thể được điều khiển bằng ánh sáng và vi sóng. Điều này chứng tỏ hành vi lượng tử có thể tồn tại trong môi trường tế bào "ồn ào". Khám phá này cộng hưởng với công trình của nhà vật lý Philip Kurian từ Đại học Howard, người đã chỉ ra vào tháng 3 năm 2025 rằng các tế bào sống có thể xử lý thông tin thông qua các cơ chế lượng tử nhanh hơn nhiều so với tín hiệu sinh hóa cổ điển.
Tiến sĩ Kurian và nhóm của ông tại Howard University đã quan sát thấy cấu trúc protein trong tế bào sống thể hiện sự chồng chập lượng tử (quantum superposition), cho phép chúng xử lý thông tin với tốc độ khoảng 10^12-10^13 phép tính mỗi giây. Các phát hiện của họ, được công bố trên các tạp chí uy tín, đã chứng minh khả năng xử lý năng lượng và thông tin của các hệ thống sinh học ở cấp độ lượng tử ngay cả ở nhiệt độ phòng.
Điểm đặc biệt của bước đột phá mới này là việc sử dụng một loại protein có thể mã hóa bằng gen làm qubit. Điều này mang lại một phương pháp tiếp cận hoàn toàn mới cho cảm biến lượng tử, khác biệt với các cảm biến dựa trên vật liệu bán dẫn truyền thống. Thay vì cố gắng "ngụy trang" cảm biến lượng tử để xâm nhập vào hệ thống sinh học, cách tiếp cận này khai thác chính các thành phần của sự sống để tạo ra các thiết bị lượng tử. Khả năng tích hợp liền mạch vào hệ thống sinh học của EYFP mở ra những con đường mới cho các cảm biến sinh học lượng tử có khả năng thăm dò các thông số nội bào với độ phân giải và độ nhạy chưa từng có.
Những tiến bộ này không chỉ củng cố lĩnh vực sinh học lượng tử đang phát triển mà còn hứa hẹn cách mạng hóa nhiều lĩnh vực, từ chẩn đoán y tế chính xác hơn đến các hệ thống máy tính lượng tử tích hợp sinh học. Khả năng khai thác các hiện tượng lượng tử ở cấp độ tế bào mở ra những chân trời mới cho công nghệ và hiểu biết của chúng ta về bản chất của sự sống.