Schrödinger tenía razón: La mecánica cuántica afecta los sistemas biológicos
El físico Erwin Schrödinger, el físico ganador del Premio Nobel, se preguntó hace casi 75 años, si el misterioso mundo de la mecánica cuántica desempeñaba un papel en la biología. Un hallazgo reciente de Prem Kumar investigador del Northwestern McCormick School of Engineering podría aportar evidencia a favor de la hipótesis de Schrödinger.
Kumar y su equipo crearon por primera vez un entrelazamiento cuántico en un sistema biológico. Este hallazgo aporta un conocimiento fundamental para la biología y abre las puertas para desarrollar herramientas biológicas que permitan nuevas funciones mediante el aprovechamiento de la mecánica cuántica.
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 están entrelazadas, 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 para alinearse con ella, siguiendo el comportamiento propio del entrelazamiento cuántico.
El estudio se basó en la así llamada proteína verde fluorescente, producida por la medusa Aequorea victoria, que emite fluorescencia en la zona verde del espectro visible. El gen que codifica esta proteína está aislado y se utiliza habitualmente en biología molecular como marcador.
Los investigadores consiguieron entrelazar la polaridad de dos de los fotones liberados por esta proteína y al medir el estado de ambos fotones, una vez separados, obtuvieron siempre el mismo resultado.
Fotones de una proteína entrelazados
De esta forma consiguieron comprobar por primera vez que los sistemas cuánticos entrelazados funcionan también teniendo como base un sustrato biológico, en este caso una proteína.
Además, descubrieron que la estructura de la proteína evita que el entrelazamiento cuántico se pierda por su interacción con el medio, una dificultad con la que se encuentra el entrelazamiento cuántico de partículas materiales, no de procedencia biológica.
“Cuando medí la polarización vertical de una partícula, sabíamos que sería lo mismo en la otra”, explica en autor principal de esta investigación, Prem Kumar. “Si medimos la polarización horizontal de una partícula, podemos predecir la polarización horizontal en la otra partícula. Creamos un estado entrelazado que se correlacionó todas las posibilidades simultáneamente”.
El entrelazamiento cuántico implica que cualquier medición realizada en la primera partícula proporciona información sobre el resultado de la medición de la segunda partícula. Gracias a esta investigación, este principio se ha comprobado por primera vez en el campo de la biología.
Creen que el nuevo descubrimiento abrirá las puertas para la explotación de herramientas biológicas basadas en la mecánica cuántica y en las comunicaciones cuánticas: debido a que las partículas pueden comunicarse entre sí sin cables, podrían usarse para enviar mensajes seguros en el seno de sistemas biológicos.
“Otros investigadores han intentado entrelazar un conjunto cada vez mayor de átomos o fotones para desarrollar sustratos sobre los cuales diseñar y construir un ordenador cuántico”, explica Kumar. “Mi laboratorio se está preguntando si podemos construir estas máquinas en un sustrato biológico”, concluye.
- Artículo original publicado en Nature.
- Con información de la Northwestern McCormick School of Engineering y Agencia T21.
- Edición y traducciones del Colectivo Alterius.
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