Logran un comportamiento cuántico a partir de un sistema biológico por primera vez

A la izquierda, muestra de GFP, a la derecha, su origen: algunas medusas - Northwestern University

El mundo de la Mecánica Cuántica, la parte de la física que estudia cómo la luz y la materia se comportan en las escalas más pequeñas, no puede ser más desconcertante. Está repleto de realidades familiares para los científicos pero «imposibles» para el resto de los mortales. Una de ellas es lo que Einstein llamó la «fantasmagórica reacción a distancia», un fenómeno que le permite a los fotones «comunicarse» entre sí al instante, sin importar a qué distancia estén: se trata del llamado entrelazamiento cuántico.


Recientemente, una investigación publicada en Nature Communications ha logrado crear, por primera vez, un entrelazamiento cuántico a partir de un sistema biológico. Un estudio dirigido por Prem Kumar, investigador en la Universidad del Noroeste (Illinois, EE.UU.) ha conseguido vincular la polaridad de dos fotones, liberados por una proteína, la «Green Fluorescent Protein» o GFP, a distancia. Esto podría abrir la puerta a desarrollar herramientas biológicas capaces de aprovecharse de la Mecánica Cuántica o ampliar el conocimiento sobre los sistemas vivos.

«¿Podemos usar las herramientas cuánticas para aprender sobre Biología?», se preguntó en un comunicado Prem Kumar. «Muchos se han hecho esta misma pregunta durante mucho, mucho tiempo, desde el nacimiento de la Mecánica Cuántica. La razón por la que estamos tan interesados en esto es porque podría permitir desarrollar aplicaciones impensables de otra forma».

Hace unos 75 años, el Nobel Erwin Schrödinger, famoso por su gato cuántico, se preguntó si la Mecánica Cuántica tenía algún papel en la biología. Es decir, si las partículas que forman parte de los seres vivos tienen un comportamiento cuántico que influya en su funcionamiento. Aún no hay una respuesta clara, pero la investigación de Kumar apunta en la dirección de que sí.

¿Una máquina cuántica y biológica?
En este estudio los investigadores usaron las GFP, proteínas usadas en investigación de forma rutinaria, y caracterizadas por emitir fluorescencia y por provenir de medusas. A partir de ellas, intentaron que los fotones que emitían exhibieran el fenómeno del entrelazamiento cúantico, a través de su interacción con otras ondas de luz para «sintonizarlas».

Gracias a esto, los investigadores lograron que al medir el estado de dos fotones separados y distintos, el resultado fuera siempre el mismo. Así es precisamente como se trabaja en la comunicación cuántica y en el teletransporte cuántico de información, y también en el desarrollo de los futuros ordenadores cuánticos.

Por este motivo, muchos científicos trabajan en crear sistemas cuánticos entrelazados cada vez más grandes y compuestos por más átomos o fotones. El laboratorio de Kumar ha tratado de hacer algo similar pero a partir de un substrato biológico: en este caso una proteína.

En este caso, los autores lograron entrelazar la polaridad de parejas de fotones. También descubrieron que la estructura de la proteína es capaz de evitar que el entrelazamiento se pierda por su interacción con el entorno.

«Cuando medí la polarización vertical de una partícula, sabía que el resultado iba a ser el mismo en la otra», explicó Prem Kumar. «Si medía la polarización horizontal, podía predecir la polarización horizontal de la otra. En definitiva, creamos un estado entrelazado que correlacionó todas las posibilidades simultáneamente».

Una vez que han demostrado que es posible crear un entrelazamiento cuántico a partir de partículas biológicas, los investigadores tratarán de construir una máquina cuántica con un substrato biológico. Después, intentarán averiguar si este sistema puede llegar a ser más eficaz que los artificiales.
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