La noticia de que un cúbit funcional se ha creado dentro de una célula viva puede sonar a ciencia ficción, pero ya es una realidad documentada en Nature. Un equipo de la Universidad de Chicago ha demostrado que una proteína fluorescente, usada durante años en biología celular, puede comportarse como cúbit dentro de organismos vivos.
Este avance se presenta como una intersección inesperada entre la biología y la física cuántica. Hasta ahora, mantener un cúbit estable requería condiciones extremas: temperaturas criogénicas, laboratorios libres de ruido y materiales diseñados para protegerlo. Lo sorprendente es que los investigadores lograron que una proteína fluorescente llamada EYFP (Enhanced Yellow Fluorescent Protein) cumpliera este papel dentro de células de mamífero y bacterias, un entorno mucho más complejo y ruidoso que los laboratorios cuánticos.
La proteína que se convirtió en cúbit
Las proteínas fluorescentes llevan décadas revolucionando la biología celular porque permiten visualizar procesos en tiempo real. Lo que el equipo de Chicago descubrió es que el fluoróforo de EYFP tiene un estado de electrones llamado estado triplete, en el cual los electrones pueden comportarse como un cúbit. Según el paper, “aquí realizamos un cúbit de espín en la proteína fluorescente EYFP, con un tiempo de coherencia de (16 ± 2) microsegundos bajo decoupling Carr–Purcell–Meiboom–Gill”.
Esto significa que la proteína no solo brilla, sino que también puede mantener un estado cuántico estable durante microsegundos, algo notable en un entorno biológico. Los investigadores aplicaron pulsos de láser y microondas para manipular y leer este estado, un proceso conocido como resonancia magnética detectada ópticamente.
La gran ventaja es que, al ser genéticamente codificable, esta proteína puede expresarse directamente en células y tejidos, ofreciendo una vía inédita para medir fenómenos biológicos con sensibilidad cuántica.
Cómo se midió el cúbit proteico
El equipo utilizó un microscopio confocal personalizado para excitar la proteína con láseres de 488 y 912 nanómetros. El primero llevaba los electrones al estado excitado, y el segundo permitía leer el estado cuántico mediante una técnica llamada fluorescencia retardada activada ópticamente.
En palabras del artículo: “expresamos el cúbit en células de mamífero, manteniendo el contraste y el control coherente a pesar del complejo entorno intracelular”. Esto demuestra que el fenómeno no se limita a proteínas aisladas en tubos de ensayo, sino que ocurre también dentro de organismos vivos.
Los experimentos confirmaron oscilaciones de Rabi y tiempos de coherencia medibles. Aunque las condiciones de laboratorio aún eran necesarias para estabilizar la señal, la clave está en que el cúbit funcionó dentro de células vivas, algo nunca logrado antes.
Uno de los puntos más fascinantes es que estos cúbits proteicos podrían servir como sensores cuánticos dentro de células vivas. Los sensores cuánticos tradicionales, como los basados en defectos de diamante, ya permiten medir campos magnéticos, eléctricos y temperatura con altísima precisión. Pero eran difíciles de introducir en células de forma controlada.
Con las proteínas, la situación cambia. Según los autores, “nuestros resultados introducen las proteínas fluorescentes como una poderosa plataforma de cúbits que allana el camino para aplicaciones en ciencias de la vida, como la detección de campos a nanoescala y modalidades de imagen basadas en espín”.
Esto abre la posibilidad de seguir en tiempo real procesos celulares críticos como:
- El plegamiento de proteínas, clave en enfermedades neurodegenerativas.
- La expresión génica a escala cuántica.
- Las interacciones de fármacos con proteínas específicas.
En biomedicina, la promesa es enorme: se podría observar cómo un medicamento actúa en el interior de una célula con una resolución que antes era impensable.
De los diamantes a las proteínas
Hasta ahora, los cúbits biológicos estaban asociados con tecnologías externas, como los centros de vacantes de nitrógeno en diamantes nanométricos. Estos sistemas ya habían mostrado aplicaciones en neurociencia o geología, pero su integración en biología era limitada.
El nuevo enfoque con proteínas evita esos problemas, porque el cúbit se expresa directamente dentro de la célula. Por otra parte, existe una biblioteca inmensa de proteínas fluorescentes desarrolladas durante años, lo que permite diseñar sensores a medida para diferentes objetivos biológicos.
Aunque la sensibilidad actual de los cúbits proteicos es menor que la de los diamantes, la versatilidad de la biología los convierte en candidatos a largo plazo para desplazar o complementar a los sistemas existentes.
Desafíos técnicos por superar
No todo está resuelto. Los investigadores reconocen que todavía se necesita mejorar la fotostabilidad de la proteína para evitar que se degrade bajo láseres intensos. También es necesario incrementar la eficiencia de lectura del espín, que hoy se limita a un número bajo de fotones.
El artículo propone que técnicas como la evolución dirigida de proteínas podrían optimizar las propiedades ópticas y cuánticas de EYFP y de otras proteínas relacionadas. Dado que ya se ha demostrado que es posible modificar proteínas fluorescentes para cambiar sus colores o su brillo, no parece descabellado pensar que se pueda hacer lo mismo para mejorar sus características cuánticas.
Además, integrar estos sensores en organismos completos y no solo en células cultivadas será un paso esencial hacia aplicaciones clínicas.
Una revolución en la biología cuántica
Este trabajo representa un cambio de paradigma: la biología cuántica deja de ser un campo especulativo y se convierte en experimental. La posibilidad de integrar cúbits en células vivas abre una disciplina híbrida que podría conocerse como biología cuántica aplicada.
Los autores incluso sugieren que este hallazgo permitirá nuevos métodos de imagen, con la posibilidad de combinar colores fluorescentes con firmas cuánticas distintas, lo que daría lugar a un sistema con decenas o incluso cientos de “colores cuánticos” para mapear procesos celulares complejos.
La perspectiva a largo plazo es que estos cúbits proteicos se conviertan en herramientas rutinarias en laboratorios de biología, igual que las proteínas fluorescentes ya lo son hoy. El salto conceptual es que ahora esas proteínas no solo sirven para ver, sino también para medir con precisión cuántica lo que ocurre dentro de las células.
Impacto más allá de la biología
Aunque el foco está en las ciencias de la vida, los propios investigadores apuntan que la técnica podría extenderse más allá. Al ser un sistema cuántico estable, los cúbits proteicos también podrían incorporarse en dispositivos de detección cuántica no biológica, por ejemplo en materiales o sensores ambientales.
El mensaje de fondo es claro: una proteína fluorescente, tan común en los laboratorios de biología celular, se ha convertido en la pieza central de un experimento que redefine la relación entre lo vivo y lo cuántico.
Referencias
- Feder, J. S., Soloway, B. S., Verma, S., Geng, Z. Z., Wang, S., Kifle, B. B., Riendeau, E. G., Tsaturyan, Y., Weiss, L. R., Xie, M., Huang, J., Esser-Kahn, A., Gagliardi, L., Awschalom, D. D. & Maurer, P. C. (2025). A fluorescent-protein spin qubit. Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09417-w.
Cortesía de Muy Interesante
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