Белок живой клетки впервые превратили в кубит — это сулит квантовые вычисления при комнатной температуре

Пока учёные спорили о вероятной квантовой природе человеческого мышления, исследователи из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета (UChicago PME) сделали удивительное открытие — превратили белок из живой клетки в полноценный кубит. При этом не нужно никаких сверхнизких температур — белок демонстрирует квантовые свойства при комнатной температуре в составе живого организма.

«Мы вступаем в эпоху, когда граница между квантовой физикой и биологией начинает стираться. Именно здесь произойдёт прорыв в науке», — высказал своё мнение один из учёных, не принимавший участия в экспериментах.

На самом деле биологические процессы по своей сути вполне квантовые — как, впрочем, и вся физика и химия во Вселенной. Другое дело, что обнаружить и использовать квантовые свойства элементарных частиц или макроструктур — это сложная задача для современной науки. До сих пор учёные могли проделать это только в чрезвычайно защищённых условиях и при сверхнизких температурах. Не потому, что иначе невозможно, а потому, что так проще.

Понятно, что обнаружение и использование квантовых свойств в структурах живых клеток и организмов — задача на порядки более сложная. Но «кванты» там есть, и это позволяет к ним двигаться. Причём речь идёт не обязательно о вычислениях (хотя идея квантового компьютера в голове звучит любопытно).

Наиболее полезное применение «живых» кубитов — это датчики и диагностика. Квантовый МРТ раскрыл бы больше тайн о живом, чем мы узнали к сегодняшнему дню. Например, появление болезни можно было бы отслеживать с квантового уровня — самой тонкой организации материи, до которой добралась современная наука. Наконец, встроить в живую клетку датчик из сверхпроводящего кубита невозможно — она тут же перестанет быть живой.

Если говорить об исследовании, то учёные обнаружили квантовые свойства у белка EYFP — улучшенного жёлтого флуоресцентного белка. EYFP обычно используется в биологии как флуоресцентная метка для наблюдения за клетками. В ходе экспериментов с EYFP учёные зафиксировали у него квантовое поведение, которое смогли считывать и контролировать.

Квантовые состояния белка считывались с помощью света — как в случае классических сверхпроводящих кубитов, а управлялись микроволновым излучением — это один из распространённых методов переключения квантовых состояний. Белковые кубиты демонстрировали когерентность — состояние суперпозиции и его удержание. Более того, квантовые свойства белок проявлял не только в изолированном виде, но и в составе живых клеток — что невозможно переоценить.

По мнению исследователей, новые белковые кубиты пока не столь чувствительны, как лучшие современные квантовые сенсоры, которые часто создаются из алмазов. Однако их истинная сила в том, что они изначально природой предназначены для работы непосредственно в живых клетках.

Это открытие расширяет горизонты квантовых технологий, поскольку представляет собой «радикально иной подход к разработке квантовых материалов». И это — не говоря уже о перспективах создания квантовых датчиков в живых организмах.