Дослідники зі Школи молекулярної інженерії Прітцкер при Чиказькому університеті здійснили прорив, створивши перший у світі квантовий біт на основі білка живої клітини. Їм вдалося перетворити добре відомий у біології флуоресцентний білок EYFP (enhanced yellow fluorescent protein), який традиційно використовується для маркування клітин, у повноцінний кубіт – елементарну одиницю квантових обчислень.
Найважливіше в цій роботі те, що білковий кубіт здатний функціонувати у «теплому та шумному» середовищі живої клітини. Це разюче відрізняється від класичних квантових систем, які зазвичай потребують наднизьких температур і надзвичайно контрольованих умов. Такий підхід відкриває перспективу створення квантових сенсорів нового покоління, які можна безпосередньо інтегрувати у живі системи.
Як пояснюєDavid Awschalom, співкерівник проєкту та директор Chicago Quantum Exchange, дослідники не намагалися замаскувати традиційний квантовий сенсор для біологічного середовища, а натомість вирішили використати саме біологічну систему як основу для створення кубіта. Це означає, що природа сама може стати джерелом квантових сенсорів, розширюючи можливості як біології, так і фізики.
У процесі досліджень команда продемонструвала, що білковий кубіт зберігає квантову когерентність і реагує на оптично детектований магнітний резонанс навіть у складному середовищі клітини. Вченим вдалося ініціалізувати білковий кубіт, керувати ним за допомогою мікрохвиль та зчитувати його стан світлом. Попри те, що чутливість таких кубітів поступається сучасним квантовим сенсорам на основі алмазів, їхня унікальна перевага полягає у можливості прямого генетичного кодування в клітини.
Це відкриває шлях до створення квантових біосенсорів, які зможуть показати внутрішні процеси життя на атомному рівні. Зокрема, вчені прогнозують появу квантово-розширеної наноскопічної МРТ, що дозволить з безпрецедентною точністю спостерігати структуру клітин та їхні молекулярні взаємодії.
За словами дослідника Benjamin Soloway, ми вступаємо в епоху, коли кордони між квантовою фізикою та біологією поступово стираються, і саме на цьому стику народжуватимуться найбільш трансформаційні відкриття. Співкерівник проєкту Петер Маурер додає, що це не лише біологічний прорив, а й новий підхід до створення квантових матеріалів, який може змінити майбутнє квантових технологій.
Цей експеримент демонструє, що кубіти можуть бути не лише витвором інженерії, а й результатом природних механізмів, які людина навчилася використовувати на свою користь.