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科學(xué)家成功利用熒光蛋白制造出新型生物量子比特（qubit），其直徑僅為3納米。這項突破性研究為量子技術(shù)與生命系統(tǒng)的融合提供了全新可能，相關(guān)成果已發(fā)表在《自然》（Nature）期刊。 與需要超低溫環(huán)境和特殊材料的傳統(tǒng)量子比特不同，這種基于熒光蛋白的量子比特天生適合在生物環(huán)境中工作。研究團隊通過激光激發(fā)、微波調(diào)控和熒光檢測等技術(shù)手段，成功激活并觀測到其量子特性。 量子比特與傳統(tǒng)計算機比特的關(guān)鍵區(qū)別在于其能夠同時處于0和1的疊加態(tài)。研究團隊創(chuàng)新性地采用“由內(nèi)而外”的研究思路，利用生物學(xué)自身的分子工具構(gòu)建出能夠自然存在于生物體內(nèi)的量子系統(tǒng)。 該量子比特的核心是熒光蛋白中的發(fā)光基團——熒光團。該結(jié)構(gòu)具有量子自旋特性，能夠在外界調(diào)控下產(chǎn)生拉比振蕩等典型量子效應(yīng)。通過基因工程技術(shù)，研究人員成功在人類細胞和大腸桿菌中表達了該蛋白，并觀察到其在175開爾文（-98.15°C）甚至室溫環(huán)境下仍能保持量子相干性。 熒光蛋白特有的保護性結(jié)構(gòu)為量子比特提供了天然屏障，使其能夠抵抗生物環(huán)境中的干擾，這一特性解決了傳統(tǒng)量子系統(tǒng)難以在常溫下工作的難題。來自美國芝加哥大學(xué)的研究團隊指出，這種天然保護機制是生物量子比特能夠適應(yīng)生命環(huán)境的關(guān)鍵。 盡管這項技術(shù)展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力，但科學(xué)家指出其從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)。包括信號強度、環(huán)境抗干擾能力和長期穩(wěn)定性等問題都需要進一步研究。盡管如此，這項研究為量子生物學(xué)領(lǐng)域開辟了新方向，預(yù)示著未來可能實現(xiàn)基于生物分子的量子傳感和量子計算技術(shù)，為生命科學(xué)研究提供全新的觀測維度。 --《科學(xué)通訊》網(wǎng)站（www.sciencenews.org） |
