خب بچه‌ها، یه خبر حسابی باحال و جدید دارم براتون! یه تیم از محققای دانشگاه شیکاگو موفق شدن یه کار عجیب و غریب بکنن: اونا تونستن با استفاده از یه پروتئین نورانی که تو بدن بعضی از موجودات دریایی هست، یه “کیوبیت بیولوژیک” بسازن. حالا شاید بپرسید کیوبیت چیه؟ کیوبیت در واقع یه واحد پایه تو دنیای کامپیوترهای کوانتومیه که می‌تونه همزمان چندتا وضعیت رو با هم داشته باشه (مثلاً صفر و یک رو با هم). کاربردش؟ تحقیقات علمی رو می‌تونه خیلی سریع‌تر و دقیق‌تر بکنه، مخصوصاً تو مقیاس فوق‌العاده کوچیک، مثلا داخل سلول.
حالا این پروتئین‌های نورانی چیا هستن؟ یه توضیح کوچولو: تو یه سری عروس دریایی و موجودات دریایی دیگه (که بعضیاشون قشنگ نورافشانی می‌کنن)، پروتئین‌هایی هست که یه جور لامپ کوچیک تو بدنشونه؛ مثلاً یه نور رو جذب می‌کنه و بعد با طول موج دیگه‌ای پس میده. دانشمندا از همین خاصیتش سال‌هاس که برای ردیابی سلول‌ها تو آزمایشگاه استفاده می‌کنن.
ولی تیم دانشگاه شیکاگو اومده و یه لایه دیگه روش گذاشته: فهمیدن که یکی از اجزای اصلی این پروتئین، یعنی فلوروفور (همونه که باعث نور دادن میشه)، می‌تونه به خاطر خاصیت خاصش (می‌تونه وارد یه وضعیت سوم و عجیب بشه که بهش “تریپلت متاستبیل” میگن)، نقش کیوبیت رو بازی کنه! حالا این تریپلت چیه؟ وقتی یه مولکول نور میخوره، الکتروناش میرن یه جور حالت هیجانی و خاص که می‌تونن همزمان تو چند تا وضعیت باشن—این یعنی همون حالت عجیب کوانتومی که هنوز کامل مشاهده یا مختل نشدن!
اینو که کشف کردن، دیگه رفتن سر ساخت آزمایشش. یه میکروسکوپ پیشرفته نوری ساختن—بهش میگن کنفوکال میکروسکوپ، همون دستگاهی که با لیزر تصاویر دقیق و با وضوح بالا از نمونه‌ها می‌گیره—و شروع کردن به دستکاری اسپینِ (یعنی چرخش کوانتومی) این پروتئین نورانیِ خاص (یه نمونه خیلی معروفش بنام EYFP، یه پروتئین زرد نورانی که زیست‌شناس‌ها واسه ردیابی ساختار سلولی عاشقشن).
چه کار کردن؟ اول با یه پالس نوری ۴۸۸ نانومتری با لیزر، اسپین پروتئین رو تحریک کردن. بعد با یه لیزر نزدیک به فروسرخ، اطلاعات اسپینی که تو حالت تریپلت مونده بود رو خوندن. نتیجه این بود که تا بیست درصد تفاوت وضعیت اسپین رو می‌تونستن ببینن—یعنی کیوبیت واقعاً کار می‌کرد!
حالا وقتی این اسپین فعال شد، این دانشمندا اومدن با مایکروویو اسپین پروتئین رو بین دو حالت نگاه داشتن؛ یعنی پروتئین واقعاً مثل یه کیوبیت کوانتومی رفتارش رو نشون داد—حدود ۱۶ میکروثانیه تا قبل از اینکه اون وضعیت عجیب تریپلت تموم بشه.
ولی خب، کارای خلاقانه معمولاً با یه عالمه چالش میان! مثلاً فعلاً واسه اینکه این اسپین رو درست مدیریت کنن، باید نمونه تو دمای نیتروژن مایع خنک باشه؛ یعنی حدود ۱۷۵ کلوین یا منفی ۹۸ درجه سانتی‌گراد! البته تو سلول‌های باکتریایی تو دمای اتاق هم آزمایش رو انجام دادن ولی اون موقع دیگه عملکردش ضعیف‌تر شد (فقط تا ۸ درصد تفاوت اسپین) و سریع دچار تخریب وضعیت می‌شد. برای سلول‌های پستانداران، باید خنک می‌کردن تا درست کار کنه.
حالا قراره این چی به درد بخوره؟ این کیوبیت بیولوژیکی می‌تونه مثل یه سنسور کوانتومی ریز رفتار کنه و اتفاقای داخل سلول رو ردیابی کنه. یه جور حسگر عجیب واسه زیست‌شناسی! مثلاً میشه فهمید پروتئین‌ها چجوری تا می‌شن، یا واکنش‌های شیمیایی تو سلول چطور پیش میره، یا حتی بررسی کرد داروها چطور به سلول‌ها می‌چسبن. اگه این راهش باز شه، می‌تونه انقلابی تو تصویربرداری پزشکی و کشف زودرس بیماری‌ها بسازه.
البته هنوزم کلی راه مونده تا این فناوری تو علم و پزشکی به ابزار کاربردی و حساس تبدیل شه. برای مثال، سنسورهای کوانتومی ساخته‌شده با الماس و مواد دیگه هنوز خیلی حساس‌تر از این نمونه‌های زیستی هستن. ولی اینکه کیوبیت رو تونستن مستقیم بیارن تو یه سلول زنده و جواب بگیرن، خودش یه پارادایم شفته جدیده: دیگه مرز فیزیک کوانتوم و زیست‌شناسی داره محو میشه!
به طور خلاصه، این ماجرا یعنی شاید تو آینده نه چندان دور، سلول‌های بدنمون واقعاً خودشون تبدیل به سنسورهای کوانتومی شن! محققای شیکاگو بهمون نشون دادن که میشه با ابزارهای طبیعت و تکامل، راه‌حل‌هایی برای مشکلات پیچیده فناوری کوانتومی پیدا کرد. خیلی کوتاه بخوام بگم: علم داره میره سمتِ خیال‌انگیزترین بخشاش!
منبع: +
