Ученые совершили прорыв на стыке квантовой физики и биологии, впервые создав функциональные биологические кубиты из флуоресцентных белков, которые вырабатываются морскими организмами, такими как медузы и кораллы. Это достижение может стать основой для разработки сверхчувствительных квантовых датчиков, предназначенных для исследования нанометровых процессов непосредственно внутри живых клеток. Открытие прокладывает путь к принципиально новым методам биологического зондирования и может найти широкое применение в квантовых технологиях, пишет sciencenews.org.
В отличие от классических битов, кубиты способны существовать в состоянии суперпозиции, что обеспечивает огромный прирост вычислительной мощности и исключительную чувствительность в сенсорике. Однако применение существующих квантовых платформ в биологии было ограничено из-за их химической несовместимости с живыми системами и необходимости работать при экстремально низких температурах. Исследователи из Чикагского университета предложили революционный подход: использовать в качестве кубитов сами флуоресцентные белки, уже находящиеся в клетках. Идея заключалась в том, чтобы не внедрять стандартный сенсор в биологическую систему, а преобразовать саму систему в кубит, используя метастабильное триплетное состояние флуорофоров этих белков.
Для реализации этой концепции ученые разработали специальный конфокальный микроскоп, который с помощью лазерных импульсов позволил оптически контролировать и считывать спиновое состояние модифицированного желтого флуоресцентного белка. Эксперименты проводились как на очищенном белке, так и в клетках человеческой почки и бактерий. В результате белок вел себя как функциональный кубит на протяжении примерно 16 микросекунд, что, хотя и значительно меньше, чем у других квантовых платформ, является первым в истории прямым измерением квантовых свойств внутри живых систем.
Несмотря на многообещающий потенциал, технология пока находится на ранней стадии разработки и сталкивается с рядом серьезных ограничений. Для эффективного управления спиновым состоянием белок приходилось охлаждать до температуры жидкого азота. Хотя квантовое состояние наблюдалось и в бактериальных клетках при комнатной температуре, в этих условиях происходил быстрый коллапс спина. Тем не менее, это открытие не только открывает новые горизонты для квантовой сенсорики, но и предлагает принципиально новый подход к проектированию квантовых материалов.
Ранее мы писали, что новый метод создания яйцеклеток может стать прорывом в лечении бесплодия.