芝加哥大学Pritzker分子工程学院（PME）的研究人员近日取得一项突破性进展，他们成功地将一种存在于活细胞中的蛋白质转化为功能性量子比特，这是量子计算的基本单元。这项研究将量子物理学与生物学相结合，为开发可生物兼容的量子传感器铺平了道路，这些传感器有望彻底改变疾病检测和生物过程的实时监测。
这项研究的核心是增强型黄绿色荧光蛋白（EYFP）。与传统量子传感器所需的超低温环境不同，EYFP在环境条件下即可展现出量子特性。这意味着EYFP可以被整合到活细胞中，并在生理条件下保持其量子性能。这一创新为在生物系统中应用量子传感器开辟了新的途径，使研究人员能够更深入地了解细胞内的环境，例如探测磁场、电场或温度的细微变化。
该研究发表在2025年8月20日的《自然》杂志上，由包括Jacob S. Feder、Benjamin S. Soloway、Shreya Verma在内的多位研究人员共同完成。首席联合研究员、芝加哥大学PME教授David Awschalom强调了跨学科研究的重要性，他表示：“我们正在进入一个量子物理与生物学界限开始模糊的时代。真正的变革性科学将在此发生。”
这项技术得到了美国国家科学基金会（NSF）和戈登和贝蒂·摩尔基金会的资助。NSF长期以来一直支持推动量子革命的基础研究，而戈登和贝蒂·摩尔基金会通过其“量子系统涌现现象倡议”（EPiQS）支持量子材料的研究，旨在加速该领域的进展。
将蛋白质转化为量子比特的这项技术为生物医学领域带来了前所未有的机遇。研究人员正在利用量子技术模拟复杂的生物系统，如蛋白质折叠和药物相互作用，以加速药物发现和理解疾病机制。EYFP作为量子比特的应用，有望实现对细胞内环境的精确探测，从而在分子层面提供更深入的见解。
这项研究的独特之处在于，它展示了生物分子本身可以作为量子信息处理的载体，这与依赖于超导电路或金刚石缺陷等传统量子计算平台形成了鲜明对比。EYFP在活细胞中保持量子特性的能力，克服了量子技术通常需要在极低温度和隔绝环境中运行的限制。这一进展不仅为生物传感器开辟了新的可能性，也为开发更易于集成到生物系统中的量子技术提供了新的方向。未来，这项技术可能在开发能够实时监测细胞状态、早期诊断疾病或指导精准治疗的量子传感器方面发挥关键作用。