Scientists make a protein act as a qubit inside a living cell/Científicos logran que una proteína actúe como qubit dentro de una célula viva

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A team at the University of Chicago has achieved a significant milestone at the intersection of biology and quantum technology: they have transformed a common fluorescent protein within a living cell into a functional qubit. Essentially, they reprogrammed cells to produce a protein that, in addition to illuminating the cell, could store and manipulate quantum information. To do this, they used a protein called EYFP (enhanced yellow fluorescent protein), a standard in biology for labeling and observing cellular processes.

Un equipo de la Universidad de Chicago ha logrado un hito importante en la intersección de la biología y la tecnología cuántica, han convertido una proteína fluorescente común dentro de una célula viva en un qubit funcional. En esencia, lo que hicieron fue reprogramar las células para que produjeran una proteína que, además de iluminar la célula, pudiera almacenar y manipular información cuántica. Para ello utilizaron una proteína llamada EYFP (proteína fluorescente amarilla mejorada), un estándar en biología para marcar y observar procesos celulares.

They discovered that this protein can adopt a quantum state known as a "triplet." This can be thought of as a "special" energy state that is stable enough for the protein to function as a qubit. Subsequently, using laser and microwave pulses, scientists can "initialize" the spin of the electrons in the qubit, manipulate its quantum state, and "read" the result using the light emitted by the protein. In other words, they can control it and obtain information from it, something previously unthinkable.

Descubrieron que esta proteína puede adoptar un estado cuántico conocido como "triplete". Se puede pensar como un estado energético "especial" que es lo suficientemente estable como para la proteína pueda funcionar como qubit. Posteriormente, utilizando pulsos de láser y microondas, los científicos pueden "inicializar" el spin de los electrones en el qubit, manipular su estado cuántico y "leer" el resultado mediante la luz que emite la proteína. Es decir, pueden controlarlo y obtener información de él, cosa impensable hasta la fecha.

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What's most astonishing is that they demonstrated this qubit works under very different conditions than those found in traditional quantum physics laboratories. While existing quantum computers need to be in super-isolated environments, free from any disturbance, and at temperatures close to absolute zero (-273°C) to manipulate qubits, these scientists managed to control it inside human cells at low temperatures and inside E. coli bacteria at room temperature. This shatters the notion that biology is too "noisy and warm" for quantum mechanics.

Lo más asombroso es que demostraron que este qubit funciona en condiciones muy distintas a las de los laboratorios de física cuántica tradicionales. Mientras que los ordenadores cuánticos existentes para poder manejar los qubits necesitan estar en entornos super aislados de cualquier perturbación y a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273ºC), estos científicos lograron controlarlo dentro de células humanas a baja temperatura y dentro de bacterias E. coli a temperatura ambiente. Esto rompe con la idea de que la biología es demasiado "ruidosa y cálida" para la mecánica cuántica.

Its potential lies not in creating a quantum computer inside a cell, but in offering a powerful new measurement tool: a biological quantum sensor. This protein qubit would allow us to observe the most fundamental processes of life on an unprecedented scale and with unprecedented precision. We could, for example, observe protein folding in real time, the activity of enzymes in their natural environment, or the first signs of disease at the molecular level. We could even perform "nan MRI" to view the atomic structure of the cellular machinery.

Su potencial no reside en crear una computadora cuántica dentro de una célula, sino en ofrecer una nueva y poderosa herramienta de medición: un sensor cuántico biológico. Este qubit proteico permitiría observar los procesos más fundamentales de la vida a una escala y con una precisión sin precedentes. Podríamos llegar a ver Por ejemplo, podríamos ver el plegamiento de proteínas en tiempo real, la actividad de enzimas en su entorno natural o los primeros signos de enfermedades a nivel molecular. Incluso hacer una "nanoscopia de RMN" para ver la estructura atómica de la maquinaria celular.

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Since these proteins can be genetically encoded, cells themselves can manufacture their sensors. This solves the problem of how to introduce external quantum sensors into the cell. As researcher Benjamin Soloway said, "Now, for the first time, we can directly measure quantum properties within living systems." This isn't just useful for biology. This achievement demonstrates that nature's tools (such as evolution and self-assembly) can be used to create quantum materials, which could overcome some of the current obstacles in developing quantum technologies.

Dado que estas proteínas se pueden codificar genéticamente, las propias células pueden fabricar sus sensores. Esto resuelve el problema de cómo introducir sensores cuánticos externos en el interior celular. Como dijo el investigador Benjamin Soloway: "Ahora, por primera vez, podemos medir directamente propiedades cuánticas dentro de sistemas vivos" . No solo es útil para la biología. Este logro demuestra que se pueden usar las herramientas de la naturaleza (como la evolución y el autoensamblaje) para crear materiales cuánticos, lo que podría superar algunos de los obstáculos actuales en el desarrollo de tecnologías cuánticas.

More than a biological quantum computer, it's the birth of a "genetically programmable" quantum sensor that could revolutionize our understanding of life at the molecular level and open new avenues for disease diagnosis and drug development. It's a key step toward blurring the lines between quantum physics and biology. For now, it's just a laboratory experiment, albeit one with very promising potential. Researchers at the University of Chicago have demonstrated the concept in a controlled environment, but its practical application is still under development.

Más que una computadora cuántica biológica, es el nacimiento de un sensor cuántico "genéticamente programable" que podría revolucionar nuestra comprensión de la vida a nivel molecular y abrir nuevas vías para el diagnóstico de enfermedades y el desarrollo de fármacos. Es un paso clave para disolver la frontera entre la física cuántica y la biología. Por ahora es solo una prueba de laboratorio, aunque con un potencial muy prometedor. Los investigadores de la Universidad de Chicago han demostrado el concepto en un entorno controlado, pero su aplicación práctica aún está en desarrollo.

More information/Más información
https://quantumzeitgeist.com/chicago-protein-qubits-offer-path-inside/

https://es.gizmodo.com/la-biologia-acaba-de-cruzar-una-frontera-impensada-la-creacion-de-celulas-cuanticas-reescribe-lo-que-creiamos-saber-sobre-vida-2000190406