光タンパク質のスピンクビット

科学分野:

• 量子情報科学
• バイオ物理学
• 分子生物学

背景:

• 光学的にアドレッシブルなスピン量子ビットは,主に固体システムで設計された,ナノスケールセンシングに不可欠です.
• 光タンパク質は,遺伝的エンコード可能性のためにin vivo顕微鏡で広く使用されていますが,量子ビットとしての可能性は未知のままです.
• 光タンパク質は,量子ビットの機能の重要な特徴である,メタステーブルなトリプレット状態を持っています.

研究 の 目的:

• 光学的にアドレッシブルなスピンクビットを 光タンパク質の中で設計し特徴づけること.
• 量子情報処理のプラットフォームとして光タンパク質の使用の可能性を調査する.
• 複雑な生物学的環境における 生物学的量子ビットの機能性を実証する

主な方法:

• 強化された黄色い光タンパク質で光学的にアドレッシブルなスピン量子ビットの実現.
• 近赤外線レーザーパルスを使って トリプル状態を表示する
• 液体窒素の温度でコヒーレンス時間測定のためにコヒーレントマイクロ波制御とカール・パーセル・メイブーム・ギル分離を使用します.
• キュービットを哺乳類や細菌の細胞で発現させ, in vivoでの性能を評価する.

主要な成果:

• 最大20%のスピンコントラストで 強化された黄色い光タンパク質のトリガー読み取りを達成しました.
• 液体窒素の温度で (16 ± 2) μsのコヒーレンス時間を測定した.
• キュービットコントラストが持続し,哺乳類の細胞内で一貫した制御が実証された.
• バクテリア細胞の光学的に検出された磁気共鳴が,室温で最大8%のコントラストで観察された.

結論:

• 光タンパク質は 光学スピン量子ビットを作るための 新しく強力なプラットフォームです
• この生物学的量子ビットの技術は ナノスケールセンサーやスピンベースのイメージングを含む 生命科学の応用への道を開きます
• 遺伝的にコードされた光タンパク質内で量子ビットを設計する能力は,in vivo量子アプリケーションにとって重要な利点を提供します.