Un qubit de espín de proteína fluorescente

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• La biofísica
• Biología molecular

Sus antecedentes:

• Los qubits de espín direccionables ópticamente son cruciales para la detección a nanoescala, diseñados principalmente en sistemas de estado sólido.
• Las proteínas fluorescentes son ampliamente utilizadas en la microscopía in vivo debido a su codificación genética, pero su potencial como qubits sigue sin ser explorado.
• Las proteínas fluorescentes poseen un estado de triplete metastable, una característica clave para la funcionalidad de los qubits.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y caracterizar un qubit de espín dirigible ópticamente dentro de una proteína fluorescente.
• Investigar la viabilidad del uso de proteínas fluorescentes como plataforma para el procesamiento de información cuántica.
• Para demostrar la funcionalidad de estos qubits biológicos en entornos biológicos complejos.

Principales métodos:

• Realización de un qubit de espín dirigible ópticamente en una proteína fluorescente amarilla mejorada.
• Utilizando pulsos láser de infrarrojo cercano para desencadenar la lectura del estado triple.
• Utilizando el control coherente de microondas y el desacoplamiento Carr-Purcell-Meiboom-Gill para las mediciones de tiempo de coherencia a temperaturas de nitrógeno líquido.
• Expresar el qubit en células de mamíferos y bacterias para evaluar el rendimiento in vivo.

Principales resultados:

• Se obtiene una lectura desencadenada del qubit de espín de proteína fluorescente amarilla mejorada con hasta un 20% de contraste de espín.
• Se midió un tiempo de coherencia de (16 ± 2) μs a temperaturas de nitrógeno líquido.
• Se ha demostrado un contraste de qubit sostenido y un control coherente dentro de las células de mamíferos.
• Resonancia magnética detectada ópticamente en células bacterianas a temperatura ambiente con un contraste de hasta el 8%.

Conclusiones:

• Las proteínas fluorescentes representan una plataforma novedosa y poderosa para crear qubits de espín óptico.
• Esta tecnología de qubits biológicos abre caminos para aplicaciones de ciencias de la vida, incluida la detección a nanoescala y las imágenes basadas en espín.
• La capacidad de diseñar qubits dentro de proteínas fluorescentes codificadas genéticamente ofrece ventajas significativas para aplicaciones cuánticas in vivo.