Mithilfe von Qubits und Quantensensoren können wir inzwischen messen, was uns lange verborgen geblieben ist: Quantensensoren sind hochsensible Messgeräte, die die Quantenmechanik nutzen, um mit bisher unerreichter Präzision zu messen.

Wie jeder andere Sensor nehmen sie Informationen aus ihrer Umgebung auf. Allerdings ist die Qualität der Daten unvergleichlich höher. Sie kommen mittlerweile in vielen Bereichen zum Einsatz, von der Geophysik bis zur Medizintechnik. Nun haben Forschende es geschafft, diese Quantentechnologie mit der Biologie zu verknüpfen.

Biologische Qubits, wie geht das?

Fluoreszierende Proteine wie das bekannte GFP aus der Qualle Aequorea victoria sind seit Jahrzehnten ein Standardwerkzeug der Biologie. Sie sind klein, biologisch kompatibel und lassen sich gezielt in Zellen erzeugen. So ermöglichen sie es Forschenden, Prozesse in lebenden Zellen sichtbar zu machen. Nun könnten diese Proteine als sogenannte biologische Qubits und damit als Quantensensoren dienen.

Experimente zeigen bereits, dass solche proteinbasierten Quantensensoren in lebenden Zellen bei Raumtemperatur funktionieren. Potenzielle Anwendungen reichen von der Messung neuronaler Aktivität über die Detektion von Zellstress bis hin zu neuen bildgebenden Verfahren, ähnlich einem MRT im Nanomaßstab.

Allerdings stehen Forschende noch vor Herausforderungen, etwa der Stabilität der Proteine und der Verbesserung ihrer Empfindlichkeit. Dennoch gilt das Feld als vielversprechend. Viele Expertinnen und Experten sehen in biologischen Qubits eine mögliche nächste Generation von Quantensensoren — mit enormem Potenzial für Medizin, Biologie und Diagnostik.

Katharina Menne ist Redakteurin bei »Spektrum der Wissenschaft« und erklärt im Gespräch mit Moderator Marc Zimmer, wie die biologischen Qubits funktionieren und welches Potenzial in ihnen steckt.