Hace casi 75 años, El físico ganador del Premio Nobel Erwin Schrödinger se preguntó si el misterioso mundo de la mecánica cuántica desempeñaba un papel en la biología. Un hallazgo reciente de Prem Kumar de la Universidad Northwestern agrega más evidencia de que la respuesta podría ser sí.

Kumar y su equipo tienen, por primera vez, creado entrelazamiento cuántico a partir de un sistema biológico. Este hallazgo podría hacer avanzar la comprensión fundamental de la biología por parte de los científicos y potencialmente abrir puertas para explotar herramientas biológicas para habilitar nuevas funciones aprovechando la mecánica cuántica.

"¿Podemos aplicar herramientas cuánticas para aprender sobre biología?" dijo Kumar, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern y de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg. "La gente ha hecho esta pregunta a muchos, muchos años, que se remonta a los albores de la mecánica cuántica. La razón por la que estamos interesados ​​en estos nuevos estados cuánticos es porque permiten aplicaciones que de otro modo serían imposibles ".

Con el apoyo parcial de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa, la investigación fue publicada el 5 de diciembre en Comunicaciones de la naturaleza .

El entrelazamiento cuántico es uno de los fenómenos más desconcertantes de la mecánica cuántica. Cuando dos partículas, como los átomos, fotones, o electrones - están entrelazados, experimentan un vínculo inexplicable que se mantiene incluso si las partículas están en lados opuestos del universo. Mientras está enredado, el comportamiento de las partículas está ligado entre sí. Si se encuentra una partícula girando en una dirección, por ejemplo, luego, la otra partícula cambia instantáneamente su giro de la manera correspondiente dictada por el entrelazamiento. Investigadores incluido Kumar, han estado interesados ​​en aprovechar el entrelazamiento cuántico para varias aplicaciones, incluidas las comunicaciones cuánticas. Debido a que las partículas pueden comunicarse sin alambres o cables, podrían usarse para enviar mensajes seguros o ayudar a construir una "Internet cuántica" extremadamente rápida.

“Los investigadores han estado tratando de entrelazar un conjunto cada vez mayor de átomos o fotones para desarrollar sustratos sobre los que diseñar y construir una máquina cuántica, ", Dijo Kumar." Mi laboratorio está preguntando si podemos construir estas máquinas en un sustrato biológico ".

En el estudio, El equipo de Kumar utilizó proteínas verdes fluorescentes, que son responsables de la bioluminiscencia y se utilizan comúnmente en la investigación biomédica. El equipo intentó entrelazar los fotones generados a partir de las moléculas fluorescentes dentro de la estructura de proteínas en forma de barril de las algas exponiéndolas a una mezcla espontánea de cuatro ondas. un proceso en el que múltiples longitudes de onda interactúan entre sí para producir nuevas longitudes de onda.

A través de una serie de estos experimentos, Kumar y su equipo demostraron con éxito un tipo de enredo, llamado entrelazamiento de polarización, entre pares de fotones. La misma función que se usa para hacer gafas para ver películas en 3D, la polarización es la orientación de las oscilaciones en las ondas de luz. Una ola puede oscilar verticalmente, horizontalmente, o en diferentes ángulos. En los pares enredados de Kumar, las polarizaciones de los fotones están entrelazadas, lo que significa que las direcciones de oscilación de las ondas de luz están vinculadas. Kumar también notó que la estructura en forma de barril que rodeaba las moléculas fluorescentes protegía el entrelazamiento de ser interrumpido.

"Cuando medí la polarización vertical de una partícula, sabíamos que sería lo mismo en el otro, ", dijo." Si medimos la polarización horizontal de una partícula, podríamos predecir la polarización horizontal en la otra partícula. Creamos un estado enredado que se correlacionaba en todas las posibilidades simultáneamente ".

Ahora que han demostrado que es posible crear entrelazamientos cuánticos a partir de partículas biológicas, siguiente Kumar y su equipo planean hacer un sustrato biológico de partículas entrelazadas, que podría usarse para construir una máquina cuántica. Luego, tratarán de comprender si un sustrato biológico funciona de manera más eficiente que uno sintético.