美解密植物光合作用中的量子糾纏  首次在生物系統中將其捕獲并量化

　　據美國物理學(xué)家組織網(wǎng)5月10日報道，美國科學(xué)家首次記錄并量化了光合作用中的量子糾纏。研究表明，在綠色植物中的光合作用中，量子糾纏是量子力學(xué)效應的一種自然屬性，量子糾纏能夠在一個(gè)生物系統中存在并且持續一段時(shí)間。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期的《自然?物理學(xué)》雜志上。

　　綠色植物通過(guò)光合作用將太陽(yáng)能轉化為化學(xué)能，其轉化效率接近100%。如此之高效率的關(guān)鍵在于傳遞速度，光合作用如何完成近乎瞬間的能量轉移一直是個(gè)謎。

　　加州大學(xué)伯克利分校的化學(xué)家格雷漢姆?弗萊明帶領(lǐng)的研究團隊曾在2009年的《物理化學(xué)年鑒》上指出，通過(guò)光合作用得到的量子力學(xué)效應是綠色植物的一種關(guān)鍵能力，它可以瞬時(shí)地將捕光復合物分子中的太陽(yáng)能傳輸給光電反應中心的復合物分子，完成能量的轉移。

　　現在，包括弗萊明在內的一個(gè)聯(lián)合研究小組確定，在綠色植物的光合作用中，量子糾纏是量子力學(xué)效應的一種自然屬性。之前的科學(xué)結論認為，量子糾纏是一種非常脆弱的狀態(tài)，很難得到和維持，而研究人員現在證明，量子糾纏能夠在一個(gè)生物系統中存在并且持續一段時(shí)間。

　　研究人員在大量FMO復合物(FMO是綠硫細菌的一個(gè)分子聚合物，被認為是研究光合能量傳遞的模式分子)中發(fā)現了量子糾纏存在的證據，這些糾纏的持續時(shí)間一般為幾皮秒(1皮秒=10-12秒)，并會(huì )持續穿過(guò)大約30埃(1埃=10-10米，相當于一個(gè)氫原子的直徑)的距離，直到激發(fā)能被反應中心捕捉到。這是科學(xué)家首次在真正的生物系統中捕獲和量化量子糾纏。

　　研究人員表示，這個(gè)持續時(shí)間很長(cháng)的、非平衡的糾纏也會(huì )出現在如紫色光合細菌LH1和LH2等更大的捕光化合物中；而更大的捕光化合物也能夠制造和支持更多的激發(fā)能來(lái)獲得更多樣的糾纏狀態(tài)。

　　該研究團隊還發(fā)現，量子糾纏持續地存在于離散的捕光復合物的分子之間，而且溫度對糾纏程度的影響微乎其微。在量子信息領(lǐng)域，溫度通常被認為對糾纏等量子特性非常不利，但是，在諸如捕光化合物的系統中，量子糾纏或可免受溫度升高帶來(lái)的影響。

　　該研究團隊最終的目的是要更好地理解自然界是如何在分子系統間傳遞能量，以及是如何將此能量轉化為可利用形式的?？茖W(xué)家表示，從一個(gè)分子向另一個(gè)分子傳遞能量的光合技術(shù)是大自然最令人神迷的才能之一。如果我們能夠學(xué)著(zhù)模擬這個(gè)過(guò)程，就能夠實(shí)現人造光合作用，從而有效地把太陽(yáng)能轉化為清潔、高效、可持續且碳中性的能源。