Se demuestra que hay efectos mecánicos cuánticos de sistemas biológicos

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Proteínas fluorescentes verdes generan bioluminiscencia en las medusas
NORTHWESTERN UNIVERSITY
Actualizado 07/12/2017 14:46:34 CET

   MADRID, 7 Dic. (EUROPA PRESS) -

   Un hallazgo reciente agrega evidencia a la posibilidad de que el misterioso mundo de la mecánica cuántica desempeñe un papel en la biología, como planteó el Nobel Erwin Schrödinger hace casi 75 años.

   Prem Kumar y su equipo de la Northwestern University, han creado por primera vez, un entrelazamiento cuántico de un sistema biológico. Este hallazgo podría promover la comprensión fundamental de los científicos de la biología y potencialmente abrir las puertas para explotar las herramientas biológicas para permitir nuevas funciones mediante el aprovechamiento de la mecánica cuántica.

   "¿Podemos aplicar herramientas cuánticas para aprender sobre biología?" dijo Kumar, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern y de Física y Astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg. "La gente ha hecho esta pregunta durante muchos, muchos años, desde los albores de la mecánica cuántica. La razón por la que estamos interesados en estos nuevos estados cuánticos es porque permiten aplicaciones que de otro modo serían imposibles".

   Su investigación ha sido publicada en Nature Communications.

   El entrelazamiento cuántico es uno de los fenómenos más desconcertantes de la mecánica cuántica. Cuando dos partículas, como los átomos, los fotones o los electrones, se entrelazan, experimentan un vínculo inexplicable que se mantiene incluso si las partículas están en lados opuestos del universo. Mientras permanecen entrelazados, el comportamiento de las partículas está ligado entre sí. Si se encuentra una partícula girando en una dirección, por ejemplo, entonces la otra partícula cambia instantáneamente su giro de la manera correspondiente dictada por el entrelazamiento.

   Los investigadores, incluido Kumar, han estado interesados en aprovechar el entrelazamiento cuántico para varias aplicaciones, incluidas las comunicaciones cuánticas. Debido a que las partículas pueden comunicarse inalámbricamente o con cables, podrían usarse para enviar mensajes seguros o ayudar a construir una "Internet cuántica" extremadamente rápida.

   "Los investigadores han intentado entrelazar un conjunto cada vez mayor de átomos o fotones para desarrollar sustratos sobre los cuales diseñar y construir una máquina cuántica", dijo Kumar. "Mi laboratorio si está preguntando si podemos construir estas máquinas en un sustrato biológico".

   En el estudio, el equipo de Kumar usó proteínas fluorescentes verdes, que son responsables de la bioluminiscencia y se usan comúnmente en la investigación biomédica. El equipo intentó entrelazar los fotones generados a partir de las moléculas fluorescentes dentro de la estructura proteica en forma de barril de las algas al exponerlos a la mezcla espontánea de cuatro ondas, un proceso en el que múltiples longitudes de onda interactúan entre sí para producir nuevas longitudes de onda.

   A través de una serie de estos experimentos, Kumar y su equipo demostraron con éxito un tipo de entrelazamiento, llamado entrelazamiento de polarización, entre pares de fotones. La misma característica utilizada para hacer gafas para ver películas en 3D, la polarización es la orientación de las oscilaciones en las ondas de luz. Una onda puede oscilar verticalmente, horizontalmente o en diferentes ángulos. En los pares entrelazados de Kumar, las polarizaciones de los fotones están entrelazadas, lo que significa que las direcciones de oscilación de las ondas de luz están relacionadas. Kumar también notó que la estructura en forma de barril que rodeaba las moléculas fluorescentes protegía el entrelazamiento de ser interrumpido.

   "Cuando medí la polarización vertical de una partícula, sabíamos que sería lo mismo en la otra", dijo. "Si medimos la polarización horizontal de una partícula, podríamos predecir la polarización horizontal en la otra partícula. Creamos un estado entrelazado que se correlacionó en todas las posibilidades simultáneamente".

   Ahora que han demostrado que es posible crear enredos cuánticos a partir de partículas biológicas, al lado de Kumar y su equipo planean crear un sustrato biológico de partículas entrelazadas, que podría usarse para construir una máquina cuántica. Luego, buscarán entender si un sustrato biológico funciona de manera más eficiente que uno sintético.

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