La emergencia de la biología cuántica experimental: creación de un cúbit dentro de células vivas
Ilustración generada con Inteligencia Artificial (ChatGPT)
La intersección entre la física cuántica y la biología, durante largo tiempo considerada un terreno especulativo, ha experimentado un giro decisivo con un avance reciente encabezado por un equipo interdisciplinar de la Universidad de Chicago. Los investigadores lograron convertir una proteína fluorescente en un cúbit funcional dentro de células vivas, un hito sin precedentes que inaugura la disciplina de la biología cuántica experimental. El estudio, publicado en Nature, redefine los límites de lo posible al demostrar que sistemas biológicos pueden sostener fenómenos cuánticos bajo condiciones naturales.
Coherencia cuántica en entornos biológicos
Tradicionalmente, se asumía que el interior celular —caracterizado por su ruido térmico y molecular extremo— imposibilitaba el mantenimiento de estados cuánticos estables. Sin embargo, el grupo de investigación comprobó que la proteína EYFP (Enhanced Yellow Fluorescent Protein) contiene un estado electrónico denominado estado triplete, cuyos electrones pueden comportarse como cúbits.
Mediante la aplicación de pulsos precisos de láser y microondas, fue posible manipular este estado y sostener su coherencia cuántica durante 16 microsegundos, un intervalo extraordinario en un entorno biológico vivo. Este logro supera uno de los principales desafíos en la integración de fenómenos cuánticos con sistemas vivos: la rápida pérdida de coherencia causada por las interacciones caóticas del medio intracelular.
Diferencias frente a cúbits convencionales
El experimento representa un cambio de paradigma frente a los cúbits tradicionales, que suelen requerir:
Materiales cristalinos, como los defectos de vacantes de nitrógeno en diamantes.
Condiciones experimentales extremas, incluyendo temperaturas cercanas al cero absoluto y ambientes ultralimpios.
En contraste, el cúbit desarrollado en Chicago funciona en células de mamíferos y bacterias vivas, lo que constituye un precedente inédito. Para lograrlo, se empleó un microscopio confocal modificado, capaz de excitar la proteína mediante longitudes de onda específicas y registrar las oscilaciones cuánticas resultantes en tiempo real.
Aplicaciones potenciales: hacia sensores cuánticos intracelulares
La trascendencia de este avance va más allá de la demostración técnica. Abre la posibilidad de diseñar sensores cuánticos biocompatibles capaces de detectar y cuantificar fenómenos intracelulares con una sensibilidad sin precedentes. Las aplicaciones potenciales incluyen:
Plegamiento de proteínas y enfermedades neurodegenerativas: monitoreo de la dinámica conformacional asociada a patologías como Alzheimer o Parkinson.
Expresión génica en tiempo real: observación directa de procesos de transcripción y regulación génica a escala cuántica.
Interacción fármaco-célula: análisis detallado de la acción de compuestos terapéuticos en entornos vivos, con implicaciones directas en la farmacología de precisión.
Aunque su sensibilidad aún es inferior a la de los cúbits basados en diamantes, la capacidad de integrarse de manera natural en organismos vivos convierte a esta tecnología en un recurso estratégico para la biomedicina.
Retos técnicos y perspectivas futuras
El desarrollo de esta tecnología enfrenta obstáculos significativos. Entre los principales desafíos destacan:
Fotodegradación de la proteína, que compromete su estabilidad bajo exposición prolongada.
Limitada eficiencia de lectura del espín, lo que dificulta la extracción precisa de información cuántica.
No obstante, la biología sintética y la ingeniería de proteínas ofrecen caminos prometedores para superar estas limitaciones, optimizando tanto la resistencia de la proteína como la fidelidad de los procesos de lectura.
La capacidad de generar un cúbit en el interior de células vivas constituye un hito científico de alcance histórico. Este avance redefine el concepto de cúbit, tradicionalmente restringido a sistemas inertes y condiciones extremas, al demostrar que puede emerger en entornos biológicos activos.
Con ello, la biología cuántica se consolida como una ciencia experimental con aplicaciones concretas, destinada a revelar dinámicas invisibles en el corazón de la vida celular. Más allá de su relevancia conceptual, este logro abre un horizonte inédito para la investigación biomédica, la nanotecnología y la medicina de precisión, marcando el inicio de una nueva etapa en la comprensión de la vida desde la perspectiva cuántica.
Referencia ⬇️
Nature. A quantum bit in a living cell. https://www.nature.com/articles/s41586-025-09417-w
