Ті ж білки, що змушують медуз світитися, можна використовувати як біологічні кубіти (Зображення: optimarc/Shutterstock)
Завдяки новому науковому прориву, квантові біти (кубіти) на основі білків можуть стати ключем до прискорення біологічних досліджень у найменших масштабах.
Дослідники з Чиказького університету виявили спосіб перетворити флуоресцентний білок на біологічний кубіт, який можна створити безпосередньо всередині клітини, а потім використовувати для виявлення магнітних та електричних сигналів усередині клітини. Цей прорив був детально описаний у статті, опублікованій 20 серпня в журналі Nature.
«Наші висновки не лише відкривають нові шляхи квантового зондування всередині живих систем, але й пропонують радикально інший підхід до проектування квантових матеріалів», – заявив Пітер Маурер, співкерівник дослідження та доцент кафедри молекулярної інженерії в Чиказькому університеті. «Зокрема, тепер ми можемо почати використовувати власні природні інструменти еволюції та самоскладання, щоб подолати деякі перешкоди, з якими стикається сучасна квантова технологія на основі спіну».
Вам може сподобатися
-
Вчені кажуть, що невеликі квантові комп'ютери кімнатної температури, які використовують світло на горизонті після прориву
-
Вчені досягли прориву в квантових обчисленнях «магічного стану», який розроблявся 20 років тому
-
Квантовий інтернет стає ближчим завдяки новому чіпу — він допомагає передавати квантові сигнали через реальні волоконно-оптичні кабелі
Розробляючи біологічні кубіти, які можна розгортати всередині клітин, використовуючи існуючі білки, що вже використовуються в мікроскопії, це дослідження дозволяє уникнути необхідності модернізації існуючих квантових пристроїв для роботи в біологічних системах. Це може зрештою призвести до створення квантових сенсорів, які не потребуватимуть екстремального охолодження та ізоляції, зазвичай необхідних для квантової технології.
Флуоресцентні знахідки
Флуоресцентні білки, які можна знайти в різноманітних морських організмах, поглинають світло на одній довжині хвилі та випромінюють його на іншій, довшій довжині хвилі; це, наприклад, те, що надає деяким медузам здатність світитися. Таким чином, вони використовуються біологами для мічення клітин за допомогою генетичного кодування та під час злиття білків.
Дослідники виявили, що флуорофор у цих білках, який забезпечує імітанс світла, може бути використаний як кубіти завдяки їхній здатності мати метастабільний триплетний стан. Це стан, коли молекула поглинає світло та переходить у збуджений стан з двома своїми електронами з найвищою енергією в паралельному спіну. Це триває короткий період, перш ніж розпадається. У квантово-механічних термінах молекула перебуває в суперпозиції кількох станів одночасно, доки її не спостерігають безпосередньо або не порушують зовнішні перешкоди.
Щоб скористатися цим, дослідники розробили спеціальний конфокальний мікроскоп — оптичну систему, що складається з серії лінз і дзеркал, яка використовує лазерне світло для створення зображень біологічних зразків з високою роздільною здатністю — для оптичної обробки спінового стану посиленого жовтого флуоресцентного білка (EYFP) та використання його як кубіта в очищеному білку, клітині нирок людини та бактерії E. coli.
Лазерний мікроскоп спочатку використовував оптичний імпульс довжиною 488 нанометрів для індукції спінового стану в EYFP. Потім лазерний імпульс ближнього інфрачервоного діапазону запускав зчитування триплетного спінового стану з «спіновим контрастом до 20%» — це означало, що дослідники змогли побачити достатньо відмінностей у спінових станах, щоб використовувати білок як робочий кубіт.
Після ініціалізації спіну дослідники використовували мікрохвилі, щоб підтримувати спін у когерентному коливанні між двома рівнями — таким чином, білок поводився як кубіт протягом приблизно 16 мікросекунд, перш ніж триплетний стан розпався.
Вам може сподобатися
-
Вчені кажуть, що невеликі квантові комп'ютери кімнатної температури, які використовують світло на горизонті після прориву
-
Вчені досягли прориву в квантових обчисленнях «магічного стану», який розроблявся 20 років тому
-
Квантовий інтернет стає ближчим завдяки новому чіпу — він допомагає передавати квантові сигнали через реальні волоконно-оптичні кабелі
Біологічний прорив
Спостереження за тим, як електрони пульсують під впливом лазера, означає, що біологічний кубіт можна використовувати як квантовий датчик, який фіксує те, що відбувається всередині клітини.
Це може дати уявлення про біологічні функції на нанорівні, такі як згортання білків, відстеження біохімічних реакцій у клітинах та моніторинг того, як ліки зв'язуються з клітинами-мішенями та білками, стверджують вчені у дослідженні. Це також може призвести до прогресу в медичній візуалізації та ранньому виявленні шляхів розвитку захворювань.
ПОВ'ЯЗАНІ ІСТОРІЇ
— Вчені вміщують цілий комп’ютер в одне волокно одягу — і його навіть можна пропрати в пральній машині
—IBM та Moderna змоделювали найдовший шаблон мРНК без штучного інтелекту — замість цього вони використовували квантовий комп'ютер
— Вчені досягли рівня помилок квантових комп'ютерів 0,000015% — світового рекорду, який може призвести до створення менших та швидших машин.
Хоча біологічний кубіт може змінити біологічне сприйняття та відкрити нові шляхи створення квантових сенсорів, все ще існують перешкоди, які необхідно подолати.
Щоб ефективно маніпулювати спіновим станом флуоресцентного білка, його потрібно було зберігати за температури рідкого азоту. І хоча біологічний кубіт довів, що його можна ефективно використовувати в складному середовищі клітини ссавців — що стало значною частиною прориву — його все одно потрібно було охолодити до температури 175 кельвінів (-98,15 градусів Цельсія). За кімнатної температури ця методика все ще функціонує в бактеріальних клітинах, причому дослідники оптично виявляють магнітний резонанс, але лише з контрастністю до 8% та зі швидким виснаженням спінового стану EYFP.
Чутливість біологічних квантових сенсорів також відстає від твердотільних сенсорів, таких як ті, що виготовлені з дефектів алмазу. Тож ще потрібно попрацювати над стабільністю та чутливістю, перш ніж біологічні кубіти та квантові сенсори в клітинах зможуть стати практичними інструментами для використання в біології та медицині.
Але це прорив, який вийшов за межі стадії підтвердження концепції, і кодування кубіта безпосередньо в клітину відкриває новий шлях для квантових технологій, де межі між квантовою фізикою та біологією розмиті.
ТЕМИ новинні аналізи
Роланд Мур-Кольєр Навігація по соціальним посиланням
Роланд Мур-Кольєр — позаштатний автор для Live Science та головний редактор видання про споживчі технології TechRadar, де керує напрямком мобільних обчислень. На TechRadar, одному з найбільших веб-сайтів споживчих технологій у Великій Британії та США, він зосереджується на смартфонах і планшетах. Але крім цього, він використовує понад десятирічний досвід письменницької діяльності, щоб пропонувати людям історії, що охоплюють електромобілі (EV), еволюцію та практичне використання штучного інтелекту (ШІ), продукти змішаної реальності та варіанти використання, а також еволюцію обчислювальної техніки як на макрорівні, так і з точки зору споживача.
Ви повинні підтвердити своє публічне ім'я, перш ніж коментувати
Будь ласка, вийдіть із системи, а потім увійдіть знову. Після цього вам буде запропоновано ввести своє ім'я для відображення.
Вийти Читати далі
Вчені кажуть, що невеликі квантові комп'ютери кімнатної температури, які використовують світло на горизонті після прориву
Вчені досягли прориву в квантових обчисленнях «магічного стану», який розроблявся 20 років тому
Квантовий інтернет стає ближчим завдяки новому чіпу — він допомагає передавати квантові сигнали через реальні волоконно-оптичні кабелі
Вчені вперше використовують квантове машинне навчання для створення напівпровідників – і це може змінити спосіб виготовлення чіпів
Японія запускає свій перший власний квантовий комп'ютер
Зустрічайте «неглектони»: раніше недооцінені частинки, які можуть революціонізувати квантові обчислення
Найновіші технології
Квантовий інтернет стає ближчим завдяки новому чіпу — він допомагає передавати квантові сигнали через реальні волоконно-оптичні кабелі
Прощавай, комп'ютерна миша? Вчені стверджують, що нові дивні конструкції можуть зменшити травми зап'ястя.
«Джинна назад у пляшку не засунеш»: Читачі вважають, що вже занадто пізно зупинити розвиток штучного інтелекту.
Нове тривожне дослідження показує, що штучний інтелект може використовувати онлайн-зображення як бекдор у ваш комп'ютер
Найкращий проектор зірок, який ми тестували, на Amazon на 38% дешевший, що робить його ціною однією з найнижчих за всю історію.
Чому чат-боти зі штучним інтелектом споживають так багато енергії?
Останні новини
Дивне скло в Австралії, схоже, утворилося внаслідок зіткнення з гігантським астероїдом, але вченим «ще належить знайти кратер»
Науковий прорив призводить до створення «флуоресцентного біологічного кубіта» — це може означати перетворення ваших клітин на квантові сенсори
Вчені шоковані, знайшовши рідкісний «хрест Ейнштейна» з сюрпризом у центрі
5000-річна кам'яна гробниця, знайдена в Іспанії, має 43 фути завдовжки та містить багато доісторичних поховань
«Новаторська» генна терапія – перший метод лікування хвороби Хантінгтона, який уповільнює перебіг захворювання
Телескоп імені Джеймса Вебба, можливо, відкрив абсолютно новий клас космічних об'єктів: чорну діру.
ОСТАННІ СТАТТІ
Вчені шоковані, знайшовши рідкісний «хрест Ейнштейна» з сюрпризом у центрі
Live Science є частиною Future US Inc, міжнародної медіагрупи та провідного цифрового видавництва. Відвідайте наш корпоративний сайт.
- Про нас
- Зв'яжіться з експертами Future
- Умови та положення
- Політика конфіденційності
- Політика щодо файлів cookie
- Заява про доступність
- Рекламуйтеся у нас
- Веб-сповіщення
- Кар'єра
- Редакційні стандарти
- Як запропонувати нам історію
© Future US, Inc. Повний 7-й поверх, 130 West 42nd Street, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 10036.
var dfp_config = { “site_platform”: “vanilla”, “keywords”: “аналіз-новини-типу, serversidehawk, van-enable-adviser-
