01量子比特生物应用
研究创新
芝加哥大学普利兹克分子工程学院（PME）的研究团队近期取得重大突破，他们成功研制出一种创新的光学可寻址量子比特。这一量子比特能够在活细胞内部直接生成，为生物学研究带来前所未有的机会。特别值得一提的是，这种通过荧光蛋白编码的量子比特不仅可作精密传感器使用，更在荧光显微镜下的生物过程监测中引入了全新的维度。
量子比特，作为量子计算与量子传感技术的核心，以其独特的性质在信息存储和处理方面展现出显著优势。它们能够以叠加态存在，从而实现并行处理信息的高效能力，这在处理复杂问题时有时甚至能超越传统计算机的速度极限。
技术突破
共同第一作者雅各布·费德（Jacob Feder）和本杰明·索洛韦（Benjamin Soloway）是芝加哥大学研究团队的重要成员。他们设计了一种能够在活细胞内直接产生的蛋白质量子比特。这种创新使得量子比特在生物科学中的应用成为可能，为生命科学领域带来了革命性的变革。
在科研仪器的助力下，量子比特能够进行高精度的测量，成为纳米级探针，对环境微小变化极为敏感。然而，现有的量子传感器如氮空位（NV）中心，由于其较大的尺寸，难以在活细胞内精准定位，从而限制了其在生命科学中的应用。
为了克服这一难题，芝加哥大学的研究团队专注于荧光蛋白的创新设计。他们成功开发出一种直径仅3纳米的荧光蛋白，通过基因编码实现细胞在原子精度上的量子比特生产。这种荧光蛋白在光学和自旋特性上与金刚石中的QV缺陷高度相似，展现出巨大的潜力。在最新研究中，研究人员通过近红外激光对荧光蛋白进行光学寻址，实现量子比特的自旋状态读取，并为活细胞磁共振测量带来新可能。
02未来展望
这种新型量子比特在活细胞中展现出8%的对比度，尽管目前性能尚未超越氮空位中心，但其为活细胞磁共振测量带来了新的可能性。
这一突破预示着生命科学领域的革命性变革。未来，荧光蛋白量子比特有望用于监测蛋白质折叠、药物结合等过程，并结合荧光显微镜技术，探索生物分子间的多体量子效应，推动医学研究的精准度。研究人员期待，荧光蛋白量子比特能用于监测蛋白质折叠、追踪药物结合等关键过程，为生物医学研究提供全新视角。同时，这种量子比特也将为荧光显微镜带来新的成像维度，提升多重成像能力。
目前，芝加哥大学的研究团队正致力于通过“定向进化”的蛋白质工程技术，进一步提升蛋白质量子比特的稳定性和灵敏度。他们的目标是实现单分子检测，从而能够精确读取细胞内单个蛋白质量子比特的量子态。同时，研究人员还在探索优化荧光蛋白的自旋特性，以期拓展可用的量子比特种类，并开发出能够监测附近生物分子的核磁共振信号的传感协议。
这些研究持续揭示，量子技术与生物科学的融合尚蕴藏着巨大的潜力。展望未来，我们有理由相信，这一创新技术将推动医学研究和生物检测技术的精准度达到新的高度。随着科学的持续进步，荧光蛋白量子比特有望为我们揭示全新的生物世界，引领一场应用革命的崭新篇章。
