一项新研究于2025年8月20日发表在《自然》杂志上，芝加哥大学的科学家团队成功将一种荧光蛋白质改造成了量子比特。这玩意儿听起来高大上，但简单说，就是让蛋白质在活细胞里充当量子传感器，能高精度测量生物过程，比如观察单个分子或细胞的活动。这项突破由David Awschalom和Peter Maurer领导，学生们 persistence 克服了挑战，结果挺鼓舞人的。

图释：研究人员设计了可以由细胞自然产生的蛋白质量子比特，为精确测量组织、单细胞甚至单个分子开辟了可能性。图片来源：杰森·史密斯

量子比特是量子技术的基本单位，类似于电脑里的0和1，但更厉害，能同时处于多种状态，实现超强计算和传感。传统量子比特娇贵得很，得在接近绝对零度的超低温环境下工作，还得隔离一切干扰，就像把冰箱搬进南极一样麻烦。

图释：EYFP蛋白的光物理和OADF读出方案。图片来源：自然 （2025）。DOI：10.1038/s41586-025-09417-w

生物系统可没那么友好——温暖、嘈杂、总在动，传统传感器根本插不进手。研究人员脑洞大开，选了种叫EYFP的荧光蛋白质（ enhanced yellow fluorescent protein），这蛋白质在生物学里常用作标记工具，比如让细胞发亮光方便观察。他们通过基因工程，让EYFP里的电子自旋变成量子比特的核心，相当于给蛋白质装了量子芯片。

这么做有啥好处？蛋白质量子比特可以由细胞自己生产，定位精准到原子级别，还能检测到比现有传感器强几千倍的信号。想象一下，它就像个生物间谍，悄悄潜入细胞内部，实时报告量子级别的变化，而不用大动干戈地外接设备。

对比一下，目前最好的量子传感器通常用钻石里的缺陷造出来，灵敏度高，但得从外部植入生物体，容易引发排斥或干扰。蛋白质量子比特虽然灵敏度可能稍逊，但它天生 biocompatible（生物兼容），能无缝集成。举个例子，这就像用自家种的菜做传感器，比从外面买来的更贴合口味。

潜在应用多得吓人：纳米级MRI能看清蛋白质怎么折叠、酶怎么工作，甚至早期疾病迹象。科学家以前靠荧光显微镜推断生物过程，现在能直接测量量子属性，相当于从看模糊照片升级到高清直播。未来，这可能帮我们破解阿尔茨海默病或癌症的分子机制。

研究过程不是一帆风顺——学生们花了多年时间，结果一度看起来没戏，但 persistence pay off。这种跨学科合作融合了量子物理、分子工程和生物学，显示 nature 自己就是个牛逼工程师。利用进化 and self-assembly，我们或许能设计出更先进的量子材料。

总之，这项研究让量子技术和生物的边界模糊了。下次你听说量子计算机，别忘了，蛋白质也在悄悄玩量子魔术呢。

参考文献：

Jacob S. Feder et al, A fluorescent-protein spin qubit, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09417-w