生物蛋白转化为全功能量子传感器，或开启生命科学新纪元

芝加哥大学的研究人员在2025年取得了一项突破性进展，成功将生物体内的蛋白质转化为功能齐全的量子传感器。这项创新研究打破了长期以来量子力学与生物学之间的隔阂，为在量子层面观察生命过程提供了前所未有的工具。

这项研究的核心在于创造了“活体”量子比特，即量子信息的基本单元。科学家们并非构建复杂的机器来模拟生命，而是利用生物体自身的分子，激活了其固有的量子特性。这种“由内而外”的方法表明，自然界可能早已在生物功能中运用量子力学，而人类才刚刚开始理解其语言。生物蛋白能够转化为量子比特，暗示其结构本身就适应于维持量子态，这可能意味着像酶活性或蛋白质折叠这类过程，其背后隐藏着我们此前未知的量子层面。

与人工制造的量子传感器不同，这些蛋白质量子比特可以直接由细胞产生。通过将特定基因引入细胞，生物体自身的精密机制便能大规模生产这些高度灵敏的传感器。这种方法允许传感器被精确地放置在生命系统内部，理论上甚至可以在生物体内创建自我组织的量子网络，从内部监测整个组织或器官。

此外，这些生物传感器有望探测到比现有技术强大数千倍的信号，为观察生物过程提供了前所未有的灵敏度。这项技术最革命性的应用之一是“纳米级量子磁共振”，它允许在细胞存活并正常运作的情况下，实时追踪细胞机械的原子结构，例如蛋白质折叠过程。这使得在疾病早期阶段，如第一个错误折叠的蛋白质出现时，就能进行探测，远早于症状显现。

尽管目前这些蛋白质传感器的精度尚不及顶级的金刚石传感器，但它们能够直接在生命系统内工作的能力，代表着一个“更为激进”的承诺。这项发现可能从根本上改变医疗诊断的定义，从检测现有疾病转向预测疾病发生的概率，从而实现预防性干预。医学的重心可能由此从治疗转向预防性的分子矫正，开启医疗保健的全新时代。

此前，加州理工学院在2024年的一项研究也阐明了生物分子在量子现象中的作用，发现某些酶的催化过程可能依赖于量子隧穿效应，为理解生物体如何利用量子力学提供了更多证据。对光合作用中能量传递的研究也表明，量子相干性在其中扮演了关键角色，这暗示着生命在进化过程中可能已经优化了利用量子效应的机制。