Un qubit de espín de proteína fluorescente | JoVE Visualize

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.