活細胞中的量子效應:生物學新前沿

编辑者: Irena I

芝加哥大學普利茲克分子工程學院的研究人員在量子科技領域取得重大突破,成功將活細胞中的蛋白質轉化為功能性的量子位元(qubit),並在室溫下展現出量子特性。這項發現挑戰了長期以來認為量子效應僅能在極低溫下實現的觀念。

該團隊利用了增強型黃色螢光蛋白(EYFP),一種常用於細胞觀察的生物學工具,發現EYFP能作為量子位元運作,在複雜的活細胞環境中展現出量子相干性和磁共振。這項發表於《自然》期刊的研究,不僅在純化蛋白質樣本中證實了此現象,更成功在哺乳動物和細菌細胞內實現,為開發直接作用於生物系統的量子感測器鋪平了道路。

此突破與霍華德大學物理學家Philip Kurian的研究成果相呼應。Kurian博士在2025年3月的研究中指出,活細胞能透過量子機制處理資訊,其速度遠超傳統的生化訊號傳遞。他觀察到,活細胞中的蛋白質結構能展現量子疊加態,使其資訊處理速度達到每秒約10^12至10^13次操作。這些發現共同強調了量子生物學日益增長的潛力,以及將量子效應整合到生物系統中的新興技術前景。

這項技術的潛在應用廣泛,包括開發能夠在細胞層級精確探測磁場、電場、溫度梯度或化學變化的量子感測器。與傳統探針不同,這些基於蛋白質的量子感測器有望透過量子相干效應解碼細胞狀態,為診斷學、醫學影像和量子運算等領域帶來革命性的變革。研究人員利用光學偵測磁共振(ODMR)等技術,克服了生物背景雜訊的干擾,成功在活細胞中實現了量子控制。

這項跨學科的進展,將量子資訊科學與生命科學緊密結合,為我們理解生命的基本運作機制提供了前所未有的視角。透過將生物系統本身發展為量子位元,研究人員開創了一種全新的設計量子材料和感測器的途徑,預示著一個量子技術與生物學深度融合的未來,有望在精準醫療和先進科技領域激發更多創新。這項研究不僅是技術上的飛躍,更是對生命奧秘更深層次探索的開端。

來源

  • 3DNews - Daily Digital Digest

  • Ученые превратили белок живой клетки в функциональный квантовый вычислительный бит.

  • Живые клетки обрабатывают информацию в миллиарды раз быстрее, чем считалось ранее

  • Ученые нашли доказательства квантовых вычислений в живых организмах

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