Учёные превратили обычный белок в квантовый бит — прямо внутри живой клетки

Учёные из Чикагского университета совершили шаг , который ещё недавно казался невозможным: они превратили белок, естественно присутствующий в живых клетках, в рабочий квантовый бит. Квантовые вычисления обычно требуют условий, максимально далёких от биологических — сверхнизких температур и изоляции от шумов. Однако исследователи смогли использовать саму природу в качестве основы для создания квантового сенсора, открыв возможность изучения жизни на атомарном уровне.

Команда под руководством Дэвида Авшалома и Петера Маурера из школы молекулярной инженерии им. Притцкера применила флуоресцентный белок, который давно используется в клеточной биологии, как платформу для нового типа квантового датчика. В отличие от традиционных наноматериалов, такие белки можно синтезировать прямо внутри организма, а их природная структура обеспечивает атомарную точность расположения. В результате они способны фиксировать сигналы, в тысячи раз более сильные, чем у многих существующих квантовых сенсоров.

Эта работа демонстрирует принципиально новый подход: вместо того чтобы адаптировать небиологические устройства для работы в живых системах, учёные сделали сами клетки источником квантовых свойств. Такой метод открывает дорогу к радикально иной биофизике — например, к созданию квантовой МРТ на наноуровне, которая позволит рассматривать белковые комплексы и ферменты в их естественной среде. Возможности не ограничиваются медициной и молекулярной биологией: белковые кубиты могут повлиять и на развитие самих квантовых технологий, поскольку дарят инженерам механизм самосборки и эволюционного отбора, недоступный искусственным материалам.

Исследователи отмечают, что их сенсоры пока уступают по чувствительности дефектам в алмазах — сегодня это эталон в области квантовых измерений. Но главное преимущество нового метода заключается в том, что белковые структуры можно встроить в живые клетки генетически. Это означает, что квантовые свойства будут проявляться непосредственно внутри биологической системы, позволяя следить за процессами белковой свёртки, активностью ферментов и первыми признаками патологий.

Проект оказался крайне трудоёмким и требовал большой настойчивости команды. По словам самих учёных, лишь упорство студентов и готовность продолжать работу, даже когда результаты выглядели безнадёжными, сделали возможным это открытие. Теперь перед наукой встаёт перспектива наблюдать за жизнью на квантовом уровне — и тем самым разрушить барьер между физикой и биологией.