光合作用中光捕获的有效量子模拟

【作者】 王碧雪； 陶明杰； 艾清； 辛涛； Neil Lambert； 阮东； 郑源忠； Franco Nori； 邓富国； 龙桂鲁；

【机构】 清华大学物理系；

【摘要】 接近100%的能量传递效率在光合作用复合物中得到了广泛研究。这一现象引起了物理、生物、化学和材料科学等不同领域的广泛兴趣,因为它可能为太阳能的高效捕获提供有价值的参考。最近,人们在光合作用的光捕获中发现了量子相干效应,其在能源转移中的潜在作用也引起了广大学者激烈的争论。在本工作中,我们用核磁共振(NMR)完成了光合作用能量转移的量子实验模拟。结果表明,采用log2N个比特系统,可以有效地模拟具有任意结构和热浴光谱密度的发色团。用级联运动方程模拟这样一个系统的计算成本是随着exp(N)增加的,其中N是比特数目。本工作采用的NMR量子模拟可能有效地降低计算的复杂度,即它的计算成本是随着N的多项式增加的。当光谱密度复杂时,在NMR中进行这种量子模拟的好处更大,就像在实际光合作用复合物中一样。这些发现可能有助于阐明能量传递中的量子相干性,并有助于为高效的人工光采集设备提供设计指导。更多还原