科学打破催生“荧光生物量子比特”：或将人体细胞转化为量子传感器

  荧光蛋白可在细胞内转化为量子比特，协助人类在纳米标准上更深化地了解生命活动。

  一项新科学打破标明，根据蛋白质的量子比特有几率会成为在微观标准加快生物学研讨的要害。芝加哥大学研讨团队发现将荧光蛋白转化为生物量子比特的办法，该量子比特可直接在细胞内构建，用于勘探细胞内部的磁电信号。这项打破宣布在《天然》杂志。

  一起首席研讨员、芝加哥大学分子工程学助理教授彼得·莫雷尔表明：该发现不只为生命体系内部的量子传感拓荒新途径，更引入了颠覆性的量子资料规划思路。咱们我们能够运用天然界固有的进化与自组装东西，打破当时自旋量子技能面对的瓶颈。

  经过运用显微镜技能现有荧光蛋白开发可在细胞内布置的生物量子比特，该研讨规避了改造现有量子设备以习惯生物体系的需求。未来有望完成无需极点冷却与阻隔的量子传感器。

  荧光蛋白广泛存在于海洋生物中，能吸收特定波长光并发射更长波长的光（如水母发光现象）。生物学家常经过基因编码和蛋白质交融技能将其用作细胞符号。研讨团队发现，这些蛋白中担任发光的荧光团因具有亚稳态三重态特性，可作为量子比特运用。当分子吸收光跃迁至激发态时，两个最高能级电子呈平行自旋，该状况时间短保持后衰减。在量子力学层面，分子处于多重态叠加状况，直至被观测或外界搅扰打破。

  为此研讨人员定制了共聚集显微镜体系，运用激光对增强型黄色荧光蛋白的自旋态进行光学调控，使其在纯化蛋白质、人体肾细胞和大肠杆菌中发挥量子比特功用。他们先用488纳米激光脉冲诱导荧光蛋白自旋态，再用近红外激光脉冲读取三重态自旋信号，自旋对比度最高达20%，足以将蛋白质作为有用量子比特运用。经过微波保持自旋在能级间的相干振动，蛋白质能以量子比特状况继续作业约16微秒。

  该生物量子比特可作为量子传感器捕捉细胞内部活动，有望在纳米标准解析蛋白质折叠、追寻细胞生化反响、监测药物与靶细胞结合等进程，推进医学成像技能与疾病前期确诊开展。

  虽然这项打破已逾越概念验证阶段，但实践使用仍存应战：荧光蛋白自旋态控制需保持液氮温度；在哺乳动物细胞中虽验证有用性（打破性发展），仍需冷却至175开尔文（-98.15℃）；室温下仅在细菌细胞中能以最高8%对比度作业，且自旋态快速衰减。现在它的灵敏度仍落后于金刚石缺点等固态传感器，稳定性和灵敏度提高是迈向生物医学实践使用的要害。

  这项打破性研讨含糊了量子物理与生物学的边界，为量子技能拓荒了直接向细胞编码量子比特的全新方向。