خب بذار خیلی راحت براتون تعریف کنم که چه اتفاق جالبی افتاده! یه تیم خفن تو دانشگاه شیکاگو که اسم بخششون Pritzker School of Molecular Engineering هست (درواقع یکی از دانشکده‌های مهندسی مولکولی)، اومدن و کاری کردن که هیچ‌کس فکرش رو نمی‌کرد: یه پروتئین زنده رو برداشتن و تبدیلش کردن به یه کیوبیت کوانتومی!
اگه برات سواله کیوبیت یا Qubit چیه، باید بگم تو دنیای کامپیوترای کوانتومی (Quantum Computing)، کیوبیت همون واحد پایه اطلاعاته، مثل بیت تو کامپیوترای معمولی، با این تفاوت که می‌تونه تو چند حالت همزمان باشه! واقعاً خفن، نه؟
این حرکت هم به شدت باحال بود چون معمولاً تکنولوژی کوانتومی با دنیای بیولوژی ربط زیادی نداره. دنیای کوانتوم معمولاً سرد و کنترل‌شدس، اما دنیای بیولوژی گرمه و خیلی شلوغ پلوغ! خیلی وقت‌ها می‌گفتن “اثرات کوانتومی فقط تو سرمای زیاد و محیط کنترل‌شده کار می‌کنن، و توی سلول زنده همشون شکست می‌خورن.” ولی! دیگه اون دوره گذشته چون دانشمندها هی دارن کشف می‌کنن که حتی تو طبیعت هم اتفاقای کوانتومی رخ میده و این دوتا اصلاً از هم جدا نیستن.
حالا دانشمندای شیکاگو اومدن کاری کردن که مستقیم با دنیای سلول سروکار داره: پروتئین معروف EYFP (این یه نوع پروتئینه که توی آزمایش‌های زیستی زیاد استفاده میشه و برق میزنه، یعنی فقط با یه سری لیزرا، می‌درخشه!) رو برداشتن و ازش کیوبیت ساختن. یعنی نه فقط با لوازم مکانیکی و ابزار پیشرفته، بلکه با استفاده از یه پروتئین زنده!
حالا چرا این مهمه؟ چون قبلاً اگه می‌خواستن داخل سلول چیزی ببینن، از تکنیک‌هایی مثل فسفرسانس (یا همون فلورسانس، یعنی اینکه یه مولکول رو وادار می‌کنن بدرخشه) استفاده می‌کردن که فقط ظاهر ماجرا رو نشون می‌داد. ولی الان، دانشمندها چیزی ساختن که خودش تو دل سلول قرار می‌گیره و می‌تونه اطلاعات کوانتومی جمع کنه! یعنی عین یه سنسور کوانتومی واقعی، حتی تو دنیای گرم و پر سر و صدای سلول هم کار میکنه.
کیوبیتی که ساختن می‌تونه اسپینش رو حفظ کنه (اسپین یا Spin یکی از ویژگی‌های کوانتومی ذره‌هاست که بر اساس اون کلی کار عجیب تو علم کوانتوم انجام میشه). جالب‌تر اینکه دانشمندها تونستن این کیوبیت رو اول با نور “راه‌اندازی” کنن، بعد با امواج مایکروویو کنترلش کنن و آخرش هم با نور حالتش رو بخونن! یعنی مثل یه کامپیوتر کوانتومی واقعی، فقط توی یه پروتئین زنده.
البته فعلاً این کیوبیت‌های پروتئینی به حساسیت سنسورای کوانتومی دیاموند (الماس) نمی‌رسن – دیاموند سنسورایی هستن که خیلی روی خواص کوانتومی حساسن. اما نقطه قوت عظیم این پروتئین‌ها اینه که میشه ژنتیکی داخل سلول‌ها گذاشتشون! یعنی هر سلولی که بخوای، می‌تونه خودش این پروتئینِ سنسور کوانتومی رو بسازه.
همین حرکت می‌تونه علوم زیستی رو متحول کنه. چون میشه جدای از اینکه سطح پروتئینا یا مولکولای مختلف رو نگاه کنیم، دقیقاً داخل سلول ببینیم ولوله کوانتومی چی داره می‌گذره! مثلاً بفهمیم وقتی یه بیماری تازه شروع میشه یا پروتئین‌ها دارن تا می‌خورن (که میگن “پروتئین فولدینگ”)، دقیق تو چه سطحی چه اتفاقی داره میفته. حتی خیلی از دانشمندها میگن این می‌تونه راه رو برای MRI کوانتومیِ فوق‌ریز باز کنه – یعنی مثلاً بشه ساختار اتمی یه سلول رو با دقت بی‌نظیر اسکن کرد (MRI یعنی تصویر برداری با تشدید مغناطیسی).
خیلی‌ها مثل Benjamin Soloway که دانشجوی دکتراست و روی این پروژه کار کرده، میگن این تکنولوژی باعث میشه دیگه مرز بین فیزیک کوانتوم و زیست‌شناسی رفتنی بشه و علم یه گام بزرگ برداره. Peter Maurer، یکی از مدیرای پروژه هم گفته این کار یه راه کاملاً جدید برای ساخت مواد کوانتومی باز میکنه و می‌تونه سرنخ رو تو حوزه‌های دیگه هم بده.
در کل، باید گفت داریم وارد یه عصر جدید می‌شیم که بیولوژی و کوانتوم دارن واقعا قاطیِ هم می‌شن. چیزی که هیچ‌وقت فکرش رو نمی‌کردیم! بی‌صبرانه باید منتظر باشیم دانشمندها با این تکنولوژی چه کشفای عجیبی رو رقم میزنن!
منبع: +
