p Quase 75 anos atrás, O físico vencedor do Prêmio Nobel Erwin Schrödinger se perguntou se o misterioso mundo da mecânica quântica desempenhou um papel na biologia. Uma descoberta recente de Prem Kumar, da Northwestern University, acrescenta mais evidências de que a resposta pode ser sim. p Kumar e sua equipe têm, pela primeira vez, criou o emaranhamento quântico de um sistema biológico. Esta descoberta pode aumentar a compreensão fundamental dos cientistas sobre a biologia e, potencialmente, abrir portas para explorar ferramentas biológicas para habilitar novas funções, aproveitando a mecânica quântica.

p "Podemos aplicar ferramentas quânticas para aprender sobre biologia?" disse Kumar, professor de engenharia elétrica e ciência da computação na McCormick School of Engineering da Northwestern e de física e astronomia na Weinberg College of Arts and Sciences. "As pessoas já fizeram essa pergunta para muitos, muitos anos - desde o início da mecânica quântica. O motivo pelo qual estamos interessados ​​nesses novos estados quânticos é porque eles permitem aplicações que de outra forma seriam impossíveis. "

p Parcialmente apoiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa, a pesquisa foi publicada em 5 de dezembro em Nature Communications .

p O emaranhamento quântico é um dos fenômenos mais mistificadores da mecânica quântica. Quando duas partículas - como átomos, fótons, ou elétrons - estão emaranhados, eles experimentam uma ligação inexplicável que é mantida mesmo se as partículas estiverem em lados opostos do universo. Enquanto enredado, o comportamento das partículas está interligado. Se uma partícula for encontrada girando em uma direção, por exemplo, então, a outra partícula muda instantaneamente seu spin de maneira correspondente ditada pelo emaranhamento. Pesquisadores, incluindo Kumar, estiveram interessados ​​em aproveitar o emaranhamento quântico para várias aplicações, incluindo comunicações quânticas. Como as partículas podem se comunicar sem fios ou cabos, eles poderiam ser usados ​​para enviar mensagens seguras ou ajudar a construir uma "Internet quântica" extremamente rápida.

p "Os pesquisadores têm tentado enredar um conjunto cada vez maior de átomos ou fótons para desenvolver substratos sobre os quais projetar e construir uma máquina quântica, "Kumar disse." Meu laboratório está perguntando se podemos construir essas máquinas em um substrato biológico.

p No estudo, A equipe de Kumar usou proteínas fluorescentes verdes, que são responsáveis ​​pela bioluminescência e comumente usados ​​em pesquisas biomédicas. A equipe tentou enredar os fótons gerados a partir das moléculas fluorescentes dentro da estrutura protéica em forma de barril das algas, expondo-os à mistura espontânea de quatro ondas, um processo no qual vários comprimentos de onda interagem entre si para produzir novos comprimentos de onda.

p Por meio de uma série desses experimentos, Kumar e sua equipe demonstraram com sucesso um tipo de emaranhamento, chamado de emaranhamento de polarização, entre pares de fótons. O mesmo recurso usado para fazer óculos para ver filmes 3D, polarização é a orientação das oscilações nas ondas de luz. Uma onda pode oscilar verticalmente, horizontalmente, ou em ângulos diferentes. Nos pares emaranhados de Kumar, as polarizações dos fótons estão emaranhadas, o que significa que as direções de oscilação das ondas de luz estão conectadas. Kumar também notou que a estrutura em forma de barril ao redor das moléculas fluorescentes protegia o emaranhamento de ser interrompido.

p "Quando eu medi a polarização vertical de uma partícula, sabíamos que seria o mesmo no outro, "disse ele." Se medíssemos a polarização horizontal de uma partícula, poderíamos prever a polarização horizontal na outra partícula. Criamos um estado emaranhado que se correlacionou em todas as possibilidades simultaneamente. "

p Agora que eles demonstraram que é possível criar emaranhamento quântico a partir de partículas biológicas, em seguida, Kumar e sua equipe planejam fazer um substrato biológico de partículas emaranhadas, que poderia ser usado para construir uma máquina quântica. Então, eles buscarão entender se um substrato biológico funciona com mais eficiência do que um sintético.