Un team di ricercatori dell’Università di Chicago ha compiuto un traguardo senza precedenti, trasformando una proteina presente nelle cellule viventi in un qubit biologico, aprendo nuove prospettive per la misurazione precisa dei processi cellulari e molecolari.
La rivoluzione dei qubit biologici
A prima vista, biologia e tecnologia quantistica sembrano mondi inconciliabili: i sistemi viventi operano in ambienti caldi e turbolenti, mentre i dispositivi quantistici tradizionali richiedono isolamento estremo e temperature vicine allo zero assoluto. Tuttavia, i ricercatori della Pritzker School of Molecular Engineering dell’Università di Chicago hanno dimostrato che la meccanica quantistica è alla base di tutti i processi, inclusi quelli biologici.
Il team ha sviluppato un qubit a base proteica, capace di funzionare all’interno delle cellule. A differenza dei sensori quantistici convenzionali, questi qubit biologici possono essere prodotti naturalmente dalle cellule, posizionati con precisione atomica e rilevare segnali migliaia di volte più intensi. Questa scoperta apre la strada a una nuova generazione di sensori quantistici, con potenziali applicazioni nella risonanza magnetica a scala nanometrica e nella comprensione dettagliata delle macchine cellulari.
Un approccio interdisciplinare e innovativo
Il progetto, pubblicato su Nature, nasce dalla collaborazione tra fisici, ingegneri molecolari e biologi. David Awschalom, direttore del Chicago Quantum Exchange, sottolinea che l’obiettivo non era adattare sensori esistenti ai sistemi biologici, ma sfruttare la biologia stessa come base per un qubit.
“Piuttosto che prendere un sensore quantistico convenzionale e cercare di mimetizzarlo per entrare in un sistema biologico, volevamo esplorare l’idea di utilizzare un sistema biologico stesso e svilupparlo in un qubit. Sfruttare la natura per creare potenti famiglie di sensori quantistici: questa è la nuova direzione”.
Peter Maurer, co-responsabile del progetto, evidenzia come la scoperta permetta di utilizzare gli strumenti naturali dell’evoluzione e dell’autoassemblaggio per superare limiti della tecnologia quantistica attuale. I qubit a base proteica rappresentano una svolta: non solo consentono di studiare processi biologici con precisione mai vista, ma introducono un modello radicalmente nuovo per progettare materiali quantistici.
Benjamin Soloway, studente di dottorato e co-autore dello studio, sottolinea che questi sensori quantistici permettono finalmente di misurare proprietà quantistiche direttamente all’interno dei sistemi viventi, superando le limitazioni della microscopia a fluorescenza tradizionale, che può solo inferire i processi nanoscalari.
“Questo è un cambiamento davvero entusiasmante. Attraverso la microscopia a fluorescenza, gli scienziati possono vedere i processi biologici, ma devono dedurre cosa sta succedendo su scala nanometrica. Ora, per la prima volta, possiamo misurare direttamente le proprietà quantistiche all’interno dei sistemi viventi”.
Sebbene i qubit proteici non eguaglino ancora la sensibilità dei sensori quantistici più avanzati, di solito realizzati con difetti nel diamante, il loro grande potenziale risiede nella possibilità di osservare la biologia a livello quantistico. Questo potrebbe trasformare lo studio del ripiegamento delle proteine, dell’attività enzimatica e dei primi segnali di malattia.
