Coupled charge and energy transfer dynamics in light harvesting complexes from a hybrid hierarchical equations of motion approach
我们描述了一种方法来模拟激子动力学的蛋白质色素复合物，包括电荷转移以及荧光的影响。该方法结合了用于描述激子量子动力学的分层运动方程和用于描述较慢电荷转移过程的Nakajima-Zwanzig量子主方程。我们研究了捕光复合物II中的电荷转移猝灭，捕光复合物II是一种在许多植物中控制非光化学猝灭的蛋白质。使用我们的混合方法，我们发现我们的计算和实验测量的激发寿命之间的良好协议。此外，我们的计算表明，激子能量漏斗在确定淬灭效率中起着重要作用，我们希望将这一结论扩展到其他蛋白质进行保护性激发淬灭。这也突出了需要适当考虑激子动力学和电荷转移过程的相互作用的模拟方法。
2022-07-24 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Distribution of entanglement in light-harvesting complexes and their quantum efficiency
最近的证据表明，在光合天线复合物的能量转移过程中的电子相干性重新活跃的讨论是否相干和/或纠缠这些分子系统有任何实际的功能。在这里，我们调查的量子产率的捕光复合物和其组件之间的纠缠分布之间的定量关系。我们的研究集中在纠缠产量或平均纠缠生存的时间尺度可比的平均激发捕获时间。作为一个原型系统，我们考虑的Fenna-Matthews-Olson（FMO）蛋白质的绿硫细菌，并表明有一个量子效率和平均纠缠之间的反比关系，远供体网站。我们的研究结果表明，远程捐助者之间的持久的电子相干性可能有助于调制的集光功能。
2010-07-15 physics.bio-ph quant-ph
Highly efficient energy excitation transfer in light-harvesting complexes: The fundamental role of noise-assisted transport
通过相互作用系统的激发转移在物理、化学和生物学的许多领域中起着重要作用。传输网络与噪声环境的不可控相互作用通常被认为会降低其传输能力，特别是当系统基本上是量子力学时。在这里，我们确定的关键机制，通过噪声，如失相，也许违反直觉，实际上可能有助于运输通过耗散网络，开辟额外的途径激发转移。我们发现，这些过程导致抑制相消干涉和利用线加宽效应。我们说明了这些机制是如何运作的一个完全连接的网络，通过开发一个强大的分析技术，确定一个给定的哈密顿不变（激发捕获）的子空间。最后，我们展示了这些原则可以解释显着的效率和鲁棒性的激发能转移从捕光叶绿素体的细菌反应中心在光合复合物，并提出了一个数值分析的激发运输整个Fenna-Matthew-Olson（FMO）复杂连同其纠缠特性的简要分析。我们的研究结果表明，在一般情况下，它是量子力学特性和不可避免的环境噪声，将导致最佳的系统性能的仔细相互作用。
2009-06-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Time dynamics of multiparty quantum correlations indicate energy transfer route in light-harvesting complexes
多方量子相关性的时间演化量化的一夫一妻制的分数和bipartition收集量子相关性的研究捕光复合物建模的全连接和Fenna-Mathews-Olson（FMO）网络。动力学由相干项以及耗散、失相和汇算子项组成。多方量子关联揭示了关于网络中量子关联的可共享性的重要信息，这使我们能够将网络站点分类为FMO复合体中的三个不同的组，并预测复合体的结构几何形状。特别是，我们表明，在时间动力学的多方量子相关措施的成分的相对值清楚地表明，从天线的FMO复杂的细菌反应中心的能量转移的主要途径。
2015-02-10 cond-mat.soft quant-ph
Delocalized excitons in natural light harvesting complexes
自然生物如光合细菌、藻类和植物利用复杂的分子机制将太阳能转化为生化燃料。大多数这些光合生物所共有的一个重要的共同特征是，它们以激子的形式捕获光子，这些激子通常在嵌入光捕获复合物（LHC）的蛋白质环境中的几个到几十个色素分子上离域。尽管受到环境波动的影响，但在这种LHC中产生的离域激子仍然受到很好的保护，并且在大约一百皮秒的时间尺度内成功地传递到其目的地超过一百纳米长度尺度的距离。几十年的实验和理论研究已经产生了大量的信息，提供了对LHC使用离域激子利用光子的非凡能力的主要结构，能量和动力学特征的见解。这篇评论的目的是（一）提供一个全面的帐户的主要理论，计算和光谱学的进步，有助于这方面的知识，（二）澄清离域激子在实现有效的能量传输机制的作用的问题。本文主要介绍了三个具有代表性的系统：绿色硫细菌的Fenna-Matthews-Olson复合物、紫色细菌的捕光2复合物和隐藻的藻胆蛋白。虽然我们提供了更深入和详细的理论和计算方面的描述，主要的实验结果及其影响也进行了评估的背景下，实现出色的光捕获功能。未来的理论和实验的挑战，以获得更好的理解和利用离域激子进行了讨论。
2018-06-12 cond-mat.soft physics.bio-ph quant-ph
Efficient estimation of energy transfer efficiency in light-harvesting complexes
光合复合体中能量传递的基本物理机制尚未完全了解。特别是，这些系统的能量转移的效率或灵敏度的程度是未知的，因为它们与蛋白质骨架和周围的光子和声子环境的非微扰和非马尔可夫相互作用。研究捕光复合物的一个主要问题是缺乏一种有效的方法来模拟它们在生物环境中的动力学。为此，在这里，我们重新审视二阶时间卷积（TC 2）主方程，并检查其可靠性超出极端马尔可夫和微扰极限。特别是，我们提出了一个推导的TC 2没有通常的弱系统浴耦合假设。利用这个方程，我们探讨了Fenna-Matthews-Olson（FMO）蛋白质复合物激子动力学的长时间行为。此外，我们引入了一个建设性的误差分析，以估计TC 2方程在计算能量传输效率的准确性，表现出可靠的性能，弱和中等的记忆和强度的环境。此外，我们数值计算表明，能量转移效率是最佳的和鲁棒的FMO蛋白质复合物的绿硫细菌重组能量和浴相关的时间尺度的变化。
2012-04-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Dimerization-assisted energy transport in light-harvesting complexes
我们研究了捕光复合物II（LH2）的二聚体结构在从LH2（没有反应中心（RC））到LH1（围绕RC）或从LH2到另一个LH2的激发转移中的作用。用准自旋模型研究了细菌叶绿素（BChl）的激发态和非激发态。在量子开放系统理论的框架下，我们将激发转移表示为LH2系统的总泄漏，然后计算了转移效率和平均转移时间。对于具有不同量子叠加性质的不同初始态，我们研究了B850 BChl环的二聚化如何提高转移效率和缩短平均转移时间。
2010-06-24 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Quantum dynamics in light-harvesting complexes: Beyond the single-exciton limit
原始的光合作用细胞比任何其他更复杂的生命形式早出现超过30亿年，因此可以合理地假设，大自然已经设计了一种光合作用机制，使用最少的资源，但在进化的作用下磨练到完美。人们提出了许多不同的量子模型来理解高效率的能量传输，其中大多数仅限于单激子的情况。在这里，我们提出了一个研究的动力学在捕光复合物超出单激子的限制，并显示该模型如何描述的Fenna-Matthew-Olson（FMO）复杂的能量转移。我们发现，在现实条件下的能量转移效率超过90%是可以实现的。
2011-06-22 quant-ph
Quantum entanglement phenomena in photosynthetic light harvesting complexes
本文综述了光合捕光复合物中量子纠缠的最新理论计算。这些作品建立，第一次，这种特征量子力学现象在生物功能结构的表现。我们首先总结了模型生物分子系统的计算，旨在揭示非平衡生物环境中的量子纠缠的非平凡特性。然后，我们讨论和比较几个计算最近进行的激子动力学的Fenna-Matthews-Olson捕光复合物和纠缠存在于这个广泛研究的色素蛋白质结构。我们指出的共同点之间的衍生结果，也确定和解释的差异。我们还讨论了最近研究结构更复杂的集光复合物II（LHCII）中纠缠的工作。在此概述中，我们借此机会澄清几个微妙的问题，纠缠在这样的生物分子系统，包括纠缠在生物功能中的作用，动力学建模的复杂性，需要捕捉纠缠在这样的生物分子系统的显着特点，以及纠缠和其他量子力学功能之间的关系，观察和预测的光捕获复合物。最后，我们提出了可能的扩展目前的工作，并审查了实验确认的预测纠缠现象的光捕获复合物的选项。
2010-12-18 physics.chem-ph quant-ph
Pseudomode approach and vibronic non-Markovian phenomena in light harvesting complexes
讨论了伪模方法，重点讨论了这种方法的Gorini-Kossakowski-Sudarshan-Lindblad形式。连接的伪模方法与解决方案的弗里德里希模型和Jaynes-Cummings模型与耗散在零温度下示出。将所得结果应用于Fenna-Matthews-Olson复形中的非马尔可夫现象描述，并根据实验数据进行了估计.变形方法的伪模方法的推广有限温度的情况下进行了讨论。
2019-04-01 physics.chem-ph quant-ph
Proposal for verifying dipole properties of light-harvesting antennas
对于具有三种类型的反应中心复合体（LH 1-RC复合体）的光采集器，我们提出了一个实验来验证我们的分析，该实验基于自动包括所需结构信息的天线理论。我们的分析符合目前对捕光天线的理解，因为我们可以解释这些复合物的已知性质。我们解释了光收集器处的凹口的功能作用、开口处称为PufX或W的多肽的功能作用、特殊对的功能作用、光收集器的截面必须不是圆形的原因、光收集器必须不是球形的原因、使用介电细菌叶绿素代替导体来制造光收集器的原因、一种防止过度阳光伤害的机制，二聚体形式的优点，以及自然界模块化设计的原因。根据我们的分析，我们提供了一个机制的二聚化。我们预测捕光复合物的二聚体形式在强烈的阳光下是有利的。我们进一步评论了二聚体或S形复合物的分类。S形复合体不应被视为第三种类型的光收集器，而应简单地视为复合形式。
2018-01-23 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph q-bio.BM
Noise-Assisted Discord-Like Correlations in Light-Harvesting Photosynthetic Complexes
光合系统中的传输现象由于其在设计新型光伏材料中的潜在作用而引起了人们的极大关注。特别是，由于相干量子演化和退相干之间的平衡，光捕获复合物中的能量传输被认为是非常有效的，这是一种被称为环境辅助量子传输（ENAQT）的现象。虽然这种效应已经被广泛研究，但它的行为通常是根据退相干的强度来描述的，即弱、中等或强。在这里，我们从超越纠缠的量子关联的角度研究ENAQT。使用子系统的Fenna-Matthews-Olson复杂，我们发现，不和谐的相关性最大化时，子系统的传输效率的增加，而网站之间的纠缠消失。我们的研究结果表明，量子不和谐是ENAQT的一种表现形式，并强调了超越纠缠相关在光合能量传输过程中的重要性。
2021-04-15 quant-ph
Atomistic study of energy funneling in the light-harvesting complex of green sulfur bacteria
光养生物，如植物、光合细菌和藻类，利用色素分子的微观复合体吸收阳光。在通常具有几个功能和结构亚基的捕光复合物内，能量以分子激发的形式以非常高的效率转移。绿硫细菌被认为是最有效的捕光生物之一。尽管对这些细菌进行了多项实验和理论研究，但其捕光复合物中有效和强大的能量转移的物理起源尚未得到很好的理解。为了在系统水平上研究激发动力学，我们引入了一个原子模型，模仿一个完整的光捕获装置的绿硫细菌。该模型包含约4000个色素分子，并包括一个双壁辊的叶绿体，基板和六个芬娜-马修斯-奥尔森三聚体复合物。我们发现，功能亚基内的快速弛豫结合色素的集体激发态之间的转移，可以导致强大的能量泛函。能量传递对初始激发条件和温度变化具有鲁棒性。此外，相同的机制描述了在超快光学实验中经常观察到的多个时间尺度的激发动力学的共存。虽然我们的研究结果支持超传输的假设，但该模型揭示了能量在不同长度尺度上通过多个通道传输。
2013-11-22 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Bloch-Redfield equations for modeling light-harvesting complexes
我们挑战的误解，布洛赫-雷德菲尔德方程是一个不太强大的工具，比现象学的林德布拉德方程建模激子在光合复合物的运输。这种观点主要源于对世俗近似的滥用。我们提供了一个详细的描述，如何建模相干振荡和几种类型的噪声，给出明确的例子。所有非正性问题都通过一致的直接物理噪声模型来克服。布洛赫-雷德菲尔德方法的优势也在于此，因为它通过将噪声影响与噪声环境的物理参数联系起来，便于对噪声影响进行分析。这包括时间和空间相关性以及噪声和感兴趣的系统之间的相互作用的强度和类型。最后，我们分析了一个原型的二聚体系统，以及一个7-网站Fenna-Matthews-Olson（FMO）复杂的空间相关长度的噪声，噪声强度，温度和它们的连接的转移时间和转移。
2015-02-11 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Optimal efficiency of quantum transport in structured disordered systems with applications to light-harvesting complexes
无序量子网络，如描述捕光复合物的那些，通常以存在捕获光的天线结构和转移激发的内部结构（反应中心）为特征。光子晶体通常表现出显著的相干特征：它们的本征态可以根据激发的转移分为超辐射态和次辐射态两类。这两者对于优化传输效率都很重要。在没有无序的情况下，超辐射态与RC的耦合强度增强，而次辐射态基本上与RC解耦，无序引起次辐射态和超辐射态之间的耦合，从而产生与RC的间接耦合。我们考虑的问题，找到最大的激发传递效率作为RC能量和无序强度的函数，首先在一个典型的三能级系统，然后在一个现实的模型中的捕光复合物的紫色细菌。具体来说，我们专注于的情况下，在该情况下，激发是最初的subradiant状态，表明最佳的无序的顺序superradiant耦合。我们还确定了初始状态和RC能量之间的最佳失谐量。我们发现，在一个大的能量窗口的最佳失谐附近的效率仍然很高，成比例的超辐射耦合。这允许从具有不同的最佳失谐的几个初始状态的激发转移的同时优化。
2015-08-07 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph quant-ph
Geometry, supertransfer, and optimality in the light harvesting of purple bacteria
紫色细菌光合天线复合体的显著旋转对称性长期以来被认为增强了它们的光捕获和激发能运输。我们研究的对称性的作用，通过模拟假设的天线，其对称性被打破，通过改变细菌叶绿素色素的方向。我们发现，在LH2和LH1复合物，对称性增加能量转移率，使合作，相干过程的超转移。这种增强在LH1复合体中特别明显，其自然几何形状优于平均随机几何形状5.5个标准差，这是在光合复合体中发现的最显著的相干性相关增强。
2016-09-19 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Noise-assisted energy transfer in quantum networks and light-harvesting complexes
我们提供了物理直观的机制，噪声的影响激发能转移（EET）的网络。使用这些机制的去相辅助运输（DAT）的激子和网站的混合基础上，我们开发了一个详细的图片噪声如何使能量转移的效率远高于$90%$在整个Fenna-Matthew-Olson（FMO）复合物，一种类型的光捕获分子。我们明确地证明了噪音如何改变整个复杂的能量转移途径，抑制无效的途径，促进直接的反应中心。我们解释说，DAT的基本机制的基础预计是强大的，相对于所考虑的噪声模型，但显示的激子-声子耦合的具体细节，这在很大程度上仍然是未知的，在这些类型的复合物，特别是非马尔可夫效应的影响，结果在变化的动力学特征，应该服从实验验证在当前或计划的技术。对天然化合物中DAT的详细了解应该开辟一种新的“噪声工程”范例，通过这种范例，可以在人工捕光结构中优化EET。
2010-06-23 quant-ph
Enhanced light-harvesting of protein-pigment complexes assisted by a quantum dot antenna
我们预测增强光捕获的蛋白质-色素复合物组装到一个量子点（QD）天线。我们的原型纳米组装装置由容纳8种细菌叶绿素（BChl）a染料的Fenna-Mattews-Olson系统和近红外发射的CdSe $_x$ Te $_{(1-x)}$ /ZnS合金-核/壳微球组成。BChl a在绿色和橙红色波段有两个吸收差的宽窗口，正是大多数阳光能量所在的地方。所选择的量子点能够在更宽的波段有效地收集太阳光，并通过（非辐射）Förster共振能量转移机制将其能量集中到嵌入蛋白质中的染料。借助于QD和染料之间的耦合，纳米组装体吸收在BChla的不良吸收窗口中显著改善。
2020-08-07 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Single-photon absorption by single photosynthetic light-harvesting complexes
我们提供了一个统一的理论方法，在光合捕光复合物的单光子吸收和随后的激子能量转移的量子动力学。我们的分析结合了一个连续的模式<n>-光子的量子光学主方程的发色团系统的运动方程的层次描述激子动力学的存在下，非马尔可夫耦合的发色团和周围的蛋白质的振动。我们采用的方法来模拟吸收的单光子相干态的色素蛋白质复合物含有一个和七个发色团之间，并与通过激发使用热辐射场得到的结果进行比较。我们表明，在单光子吸收条件下获得的激发概率的值可以始终与体吸收截面。分析的时间尺度和效率的单光子吸收的光捕获系统在此完整的量子描述的色素蛋白质的动力学耦合到量子辐射场揭示了一个非平凡的依赖性的激发概率和激发态动力学诱导的激子-声子耦合期间和之后的脉冲，对入射光子脉冲的带宽。对于等于叶绿素a的光谱带宽的带宽，我们的结果产生的估计的平均时间为~0.09秒的单个叶绿素发色团吸收的能量相当于一个（单偏振）光子照射下的单光子状态在太阳光的强度。
2018-01-14 physics.chem-ph quant-ph
Could light harvesting complexes exhibit non-classical effects at room temperature?
越来越多的实验和理论证据表明，相干量子效应发挥作用的有效转移的激励从一个叶绿体天线的反应中心在芬纳-马修斯-奥尔森蛋白质复合物。然而，可以想象，一个令人满意的替代解释的结果是可能的，在一个经典理论。为了解决这种可能性，我们考虑一类经典理论满足宏观实在论的最小假设和框架Leggett-Garg类型的测试，可以排除它们。我们的数值模拟表明，即使在退相干的存在下，几个测试可以表现出所需的违反Leggett-Garg不等式。值得注意的是，我们的退相干模型甚至在室温下也存在一些违规行为。
2009-11-05 quant-ph
High-performance solution of hierarchical equations of motions for studying energy-transfer in light-harvesting complexes
光捕获复合物的激子模型，其中振动自由度被视为浴，通常用于描述电子激发通过分子的运动。最近的实验指出，在这个过程中的记忆效应的可能性，并需要考虑时间非本地传播技术。由Ishizaki和Fleming提出的分级运动方程（HEOM）描述了蛋白质环境的位点依赖性重组动力学（J. Chem. Phys.，130，p.234111，2009），其在光合电子能量转移中起重要作用。HEOM通常被用作其他近似方法的参考，但由于其与系统大小的不利计算缩放，仅用于小型系统。在这里，我们表明，HEOM也可用于大型系统，因为底层算法非常适合图形处理单元（GPU）的使用。由于GPU的计算时间的巨大减少，使我们能够在充分考虑记忆效应的情况下，在生理温度下对Fenna-Matthews-Olson（FMO）捕光复合体中的能量传递效率进行系统的研究。我们发现，近似方法不同的定性和定量的HEOM结果，并讨论了有限的温度，以实现高的能量转移效率的重要性。
2011-05-25 quant-ph
Entangling detectors in anti-de Sitter space
我们研究了$(2+1)$维反德西特（AdS）空间中的纠缠捕获现象-一对探测器（二能级原子）通过与量子场的局部相互作用从量子场中提取纠缠的过程。我们首先回顾了Unruh-DeWitt探测器及其与真空态中实标量场的相互作用，以及一般的纠缠捕获协议。然后，我们研究如何收集的纠缠一对这样的探测器取决于他们的时空轨迹，分离，时空曲率，和边界条件所满足的领域。收获的纠缠被解释为一个指标的检测器与字段相互作用的本地化区域之间的字段纠缠，因此，这项调查使我们能够间接探测的纠缠结构的AdS真空。我们发现一个岛的分离性的特定值的探测器的能隙和分离在中间值的AdS长度的纠缠收获是不可能的;一个类似的现象是观察到的AdS $_4$，我们比较和对比我们的结果。在这个过程中，我们研究如何一个单一的检测器的跃迁概率，作为代理的本地波动的字段，取决于时空曲率，它在AdS空间的位置，和边界条件所满足的字段。
2018-09-18 gr-qc hep-th quant-ph
Superradiance Transition in Photosynthetic Light-Harvesting Complexes
我们研究了Fenna-Matthews-Olson光合复合物中持久的量子相干性在室温下能量传输效率中的作用。使用有效的非厄米哈密顿量分析了由于光捕获复合物与反应中心（“汇”）的耦合而引起的激发能转移。我们表明，作为耦合到反应中心是不同的，在能量传输的最大效率是在超辐射过渡附近实现的，其特征在于隔离的有效非厄米哈密顿本征值的虚部。我们的研究结果表明，存在的水槽（它提供了一个准-连续的能量谱）是占主导地位的影响，即使在没有一个热浴的情况下发生的能量转移。这种方法允许研究有限温度的影响和任何耦合方案对反应中心的影响。此外，考虑到一个现实的电偶极子相互作用，我们表明，从反应中心到Fenna-Matthews-Olson系统的最佳距离发生在超辐射跃迁，我们表明，这是与现有的实验数据相一致。
2012-08-22 cond-mat.mes-hall q-bio.QM quant-ph
Natural Light Harvesting Systems: Unraveling the quantum puzzles
在自然光收集系统中，通过专门的生物天线复合物的光子吸收、电荷分离、激子形成和能量转移到局部反应中心的顺序量子事件在太阳能到化学能的转换中达到高潮。这些过程中的一个显著特征是激发从被照射的蛋白质复合物位点转移到反应中心的异常高的效率（$>$ 95\%）。在交织的生物分子网络结构的系统内的高速度的激发传播，尚未在人工光捕获复合物中被复制。解开自然界量子谜题的一个线索可能在于，在光合作用复合物的电子光谱中观察到了持续数皮秒的长寿命相干态，这种相干态甚至在嘈杂的环境浴中也会出现。高能量传播速率和量子相干性强度之间的关联的确切性质在很大程度上仍然没有解决。本文介绍了量子理论的最新进展，并将信息理论与生物分子系统中的光合捕光过程联系起来。有各种尝试的检查，以查明的过程中所产生的光捕获活动的生物分子系统的相干性功能的基础，特别强调的影响，如非马尔可夫，芝诺机制，隐形传态，量子可预测性和多体状态的作用，对生物分子系统的量子动力学的因素。讨论如何量子化学原理和基于代理的建模和模拟方法可以提高我们对自然光合系统的理解。
2014-11-23 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Noise-induced quantum coherence in photosynthetic complexes with multiple energy transfer pathways
我们从理论上研究了在各种非相干激发条件下，基于模型光合复合物的分子聚集体中激子弛豫动力学。我们发现，噪声诱导的量子相干性之间产生的空间分离的激子状态，属于相同或不同的能量转移途径，耦合通过真实和虚拟的转移过程。这种量子相干性效应可用于提高光捕获效率和揭示生物学中的量子现象。
2014-08-12 physics.bio-ph q-bio.BM quant-ph
Limits of quantum speedup in photosynthetic light harvesting
有人建议，在光合捕光复合物中的激发传输具有与量子算法中发现的那些类似的加速。在这里，我们将这些光捕获系统的动力学与量子行走的动力学进行比较，以阐明这种量子加速的限制。对于芬娜-马修斯-奥尔森（FMO）复合物的绿硫细菌，我们表明，虽然确实有加速在短时间内，这是短暂的（70 fs），尽管寿命较长（ps）的量子相干性。值得注意的是，这个时间尺度与退相干模型的细节无关。更一般地说，我们表明，捕光复合物的显着特点不仅限制了量子加速的程度，但也降低了扩散传输速率。这些结果表明，生物系统中的量子相干效应是为了效率或鲁棒性而优化的，而不是量子加速的更难以捉摸的目标。
2010-05-07 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Excitonic energy transfer in light-harvesting complexes in purple bacteria
采用Frenkel-Dirac时间相关变分和Haken-Strobl模型两种不同的方法研究了紫色细菌单环和双环捕光系统的能量传递动力学。结果发现，包括长程偶极相互作用在这两种方法中的结果在环内或环间激子传输效率显着增加。激子转移效率对LH 2（B850）和LH 1单环上俘获位置的依赖性与仅具有最近邻耦合的玩具模型中的依赖性相似。然而，由于BChls的二聚化和偶极耦合引起的对称性破缺，这种依赖性在很大程度上被抑制。在耦合环体系的研究中，这两种方法都揭示了偶极相互作用在通过引入多个环内/环间传递路径来提高能量传递效率方面的有趣作用。重要的是，从极化子动力学得到的环间激子转移的时间尺度（~4ps）与以前的研究结果吻合得很好。在双环LH 2系统中，当退相速率为非零时，偶极诱导对称破缺导致平均俘获时间的全局极小值和局部极小值，表明环境在保持量子相干能量转移中起作用.相反，只有当假设系统中的完美圆柱对称性被破坏时，失相才起作用。本研究揭示了生色团间的偶极相互作用可能在LH_2系统和许多其它自然光合系统中的高能量传递效率中起重要作用。
2012-07-10 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Vibronic resonances facilitate excited state coherence in light harvesting proteins at room temperature
直到最近，人们才相信光合作用是地球上生命的基本过程，可以用半经典模型完全理解。然而，令人困惑的量子现象已被观察到在几个光合色素蛋白质复合物，提示这些影响的性质和作用的问题。最近的注意力集中在与激子能量分裂共振或准共振并与这些激子态强耦合的离散振动模式上。在这里，我们明确地确定激发态相干叠加在光合捕光复合物使用一种新的实验方法。在激发态寿命的时间尺度上的退相干允许观察到信号强度上的低能量（56 cm-1）振荡。结合一个适当的模型，这些振荡提供了明确和直接的实验证据，观察到的持续相干性需要强的振动混合之间的激发态。
2015-07-23 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.optics
Identifying the quantum correlations in light-harvesting complexes
量子生物学计划的主要努力之一是对生物系统进行标准测试或量子测量。这些测试和措施应能阐明生物系统中是否存在非平凡的量子效应。量子相关性的两个度量是量子不和谐和纠缠的相对熵。在这里，我们表明，相对熵的纠缠承认一个简单的解析形式时，动力学和可访问的自由度被限制在一个零和单激发子空间。我们还模拟和计算的量的量子不和谐，是存在于Fenna-Matthews-Olson蛋白质复合物在传输过程中的激发从一个叶绿体天线的反应中心。我们发现，单激发量子不和谐和纠缠的相对熵对于我们所有的数值模拟都是相等的，但是对于这种设置，它们的普遍相等性的证明现在还没有找到。另外，我们的一些模拟结果表明，在没有单激发限制的情况下，纠缠的相对熵远低于量子不和谐。根据文献中的一些来源，动力学的第一皮秒是激发转移的相关时间尺度。我们的模拟结果表明，量子相关性在这第一皮秒在许多情况下，在低温和生理温度的总相关性的一个显着的部分。
2010-07-21 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Studying Light-Harvesting Models with Superconducting Circuits
光合作用是生物界能量的主要来源，它将阳光转化为化学能。这一过程令人惊讶的高效率被认为是由光合复合物中分子结构的量子性质及其与环境的相互作用之间的复杂相互作用实现的。由于生物样品的复杂和无序结构，研究生物样品中的这些效应具有挑战性。在这里，我们实验证明了一种新的方法来研究光合作用模型的基础上超导量子线路。特别是，我们展示了前所未有的多功能性和控制我们的方法在一个工程的三个网站模型的色素蛋白质复合物与现实的参数按比例缩小的能量的一个因素的$10^5$。在这个系统中，我们表明，可以通过与环境噪声的相互作用，使能量无序的量子相干站点之间的激发输运。我们还表明，该过程的效率是最大化的结构噪声类似的分子内声子环境中发现的光合复合物。
2017-10-20 physics.bio-ph quant-ph
Light-harvesting with guide-slide superabsorbing condensed-matter nanostructures
我们建立了光捕获天线的设计原则，其能量捕获尺度与系统大小呈超线性关系。控制的吸收体偶极子的方向产生组的“导滑”状态，促进稳定状态的超吸收特性在嘈杂的凝聚态纳米结构。受自然光合复合物的启发，我们讨论了环状偶极排列的例子，并表明，在我们的设置中，振动弛豫增强而不是阻碍性能。值得注意的是，超吸收效应被证明对所有相关系统参数的O（5%）无序同时具有鲁棒性，显示出在广泛的平台上进行实验探索的前景。
2019-10-15 quant-ph
Quantum Correlation and Synchronisation-Enhanced Energy Transfer in Driven-Dissipative Light-Harvesting Dimers
University of Exeter（埃克塞特大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
本文研究了驱动耗散环境中光合双极子中量子相关性和同步增强的能量转移机制，揭示了量子同步的形成基础及环境辅助的非线性修正作用。
2025-12-28 physics.bio-ph quant-ph
Environmental correlation effects on excitation energy transfer in photosynthetic light harvesting
最近几项关于光合捕光复合物中能量转移的研究揭示了这些开放量子系统中相干和退相干动态对整体转移效率的贡献之间的微妙相互作用。在这项工作中，我们系统地调查的时间和空间相关性的影响，在环境波动的激发运输的芬娜-马修斯-奥尔森光合复合体。我们证明了相关性的确切性质可以对光捕获的效率产生很大的影响。特别是，我们发现，（i）空间相关性可以增强相干性的网站的基础，而在同一时间减慢运输，和（ii）运输的整体效率是优化在一个有限的时间相关性，产生最大的重叠之间的环境功率谱和激子的能量差，这反过来又导致增强激子状态之间的转换驱动。
2011-02-20 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
New techniques for entanglement harvesting in flat and curved spacetimes
提出了一种利用Unruh-DeWitt粒子探测器计算纠缠捕获的新方法。该方法是特别有用的情况下，解析解是罕见的，Wightman函数是已知的，只有通过其模式扩展的数值积分可以变得非常昂贵。利用Wightman函数的共轭对称性，我们可以将积分分解为依赖于场的换位子和反换位子的部分。在交换子消失的情况下，如类空分离，或类时分离，如果强惠更斯原理成立，我们然后表明，纠缠项的二分密度矩阵可以表示在更简单的互信息项。对于真空状态，这可以转化为简单的傅里叶变换，从而对模式进行单个求和，简化了封闭表达式的获取。我们证明了这一点闵可夫斯基空间，找到一个分析解决方案，没有以前已知的。
2018-06-25 gr-qc hep-th quant-ph
Structure and efficiency in bacterial photosynthetic light-harvesting
光合生物利用发色团网络吸收阳光，并将能量传递到反应中心，在那里电荷分离引发一系列化学步骤来储存能量。我们提出了一个详细的模型，在紫色细菌的光捕获复合物，包括明确的相互作用与阳光;通过辐射和非辐射过程的能量损失;和耦合到振动浴的失相和热化效应。该模型的一个重要特点是，我们捕获的慢振动模式的影响，通过引入时间相关的无序。我们的模型描述了实验观察到的高效率的光捕获，尽管没有长程量子相干性。量子态的单激子部分由于缓慢的振动变化而波动，但始终保持高度混合。这种缺乏长程相干性表明结构在决定细菌光捕获效率方面的作用相对较小。为了研究这一点，我们建立了随机排列发色团的假设模型，但当典型的最近邻距离与自然界中发现的距离相当时，仍然观察到高效率。这有助于解释发色团网络结构差异很大的生物体的能量传输效率，同时也为有效的人工光捕获设备提出了新的设计标准。
2019-08-14 physics.bio-ph quant-ph
Distinguishing the roles of energy funnelling and delocalization in photosynthetic light harvesting
光合复合物以几种方式改善激发能从外周触角到反应中心的转移。特别地，向下的能量漏斗可以将激子引导到正确的方向，而相干激子离域可以通过超转移的合作现象来提高转移速率。然而，分离纯粹相干效应的作用是困难的，因为离域的任何变化也会改变能量景观。在这里，我们表明，这两个过程的相对重要性，可以通过比较自然光捕获装置与反事实模型，其中的离域和能源景观被改变。应用到紫色细菌的例子中，我们的方法表明，尽管超转移确实在一定程度上提高了速率，但能量漏斗起着决定性的作用。因为离域作用很小（有时是有害的），它很可能不是适应性的，是一个密集的叶绿素包装的副作用，进化增加每个反应中心的光吸收。
2016-03-03 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Possible Role of Interference and Sink Effects in Nonphotochemical Quenching in Photosynthetic Complexes
我们描述了一个简单而一致的量子数学模型，模拟量子干涉和汇效应在捕光复合物（LHC）中的非光化学猝灭（NPQ）中的可能作用。我们的模型由五个相互连接的站点组成负责NPQ机制的两种激发态（激发态）：（i）叶绿素分子的两种激发态，$ChlA^*$和$ChlB^*$，形成LHC二聚体，其最初被填充;（ii）负责单线态氧的产生和其他破坏性结果的“破坏性”位点;（iii）$(ChlA-Zea)^*$异二聚体激发态（Zea表示玉米黄质）;和（iv）该异二聚体的电荷转移状态，$(ChlA^{-}-Zea^{+})^*$。在我们的模型中，破坏和电荷转移状态描述的离散电子能级连接到他们的汇，模仿连续部分的电子能谱，因为在这些网站的电子参与准不可逆的化学反应。所有五个激子位点与使用随机方法建模的蛋白质环境相互作用。作为一个例子，我们应用我们的模型来证明可能的贡献，在CP 29小型LHC的NPQ机制的量子干涉和汇效应。我们对约化密度矩阵的量子动力学的数值结果表明，在一定条件下，利用量子干涉效应和量子阱可以显著抑制破坏性信道。结果表明，干扰和汇效应的建模，工程和优化性能的NPQ过程中的自然和人工集光复合物的可能作用。
2014-12-10 math-ph math.MP physics.bio-ph
Coherent exciton dynamics in supramolecular light-harvesting nanotubes revealed by ultrafast quantum process tomography
长寿命的激子相干最近已经通过超快光谱在光合复合物中观察到，为相干激子输运的研究和设计打开了令人兴奋的可能性。然而，在光谱信号的模糊性导致的参数解释它们的激子动力学方面，要求更严格的测试。我们提出了一种新的超快光谱技术--量子过程层析技术（QPT），用于在室温下重建双壁超分子捕光纳米管中激子的量子态.该协议要求八个瞬态光栅实验与不同的脉冲光谱。我们的分析揭示了从外部到内壁激子的单向能量转移，不存在非长期过程，以及这两个状态之间持续约150飞秒的意想不到的相干性，表明壁之间的弱电子耦合。我们的工作构成了第一个实验QPT在一个“温暖”和复杂系统，并提供了一个优雅的计划，以最大限度地提高信息从超快光谱实验。
2013-08-19 cond-mat.soft q-bio.QM quant-ph
Design principles and fundamental trade-offs in biomimetic light harvesting
合成和超分子化学的最新发展为设计具有定制纳米结构的有机系统以用于各种技术应用创造了机会。一个关键的应用领域是捕获光能并将其转化为光电或传感应用的电化学或化学形式。在这项工作中，我们考虑了发色团的圆柱形组装体，这些组装体模拟了由几种超分子技术产生的结构。我们的研究特别是指导病毒模板组装产生的多功能结构。我们使用一个多目标优化框架，以确定设计原则和限制，在这种组件的光捕获性能，无论是在存在和不存在的障碍。我们确定了一个基本的权衡，在圆柱形组件，试图最大限度地提高能量传输和吸收带宽的效率时遇到的。我们还合理化的最佳设计策略，并提供解释为什么各种结构提供最佳性能。最重要的是，我们发现，最佳的设计策略取决于系统中的能量和结构的混乱。这些研究的目的是开发一个量子信息合理设计的程序，用于构建具有与生物光合捕光复合物相同程度的定制纳米级结构的有机组件，并且也有可能重现其显着的捕光性能。
2013-03-25 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Nature does not rely on long-lived electronic quantum coherence for photosynthetic energy transfer
在光合作用的第一步骤期间，撞击太阳光子的能量被转换成捕光生物分子复合物的电子激发能。随后的能量转移到反应中心被理解为激子准粒子，其在小于100飞秒（fs）的典型时间尺度上在生物分子位点的网格上移动。自量子力学早期以来，这种能量转移被描述为具有经典占位概率的非相干福斯特跳跃，但具有量子力学确定的速率常数。这一正统的观点受到了芬纳-马修斯-奥尔森蛋白质超快光谱实验的挑战，在该实验中，报道了高达1.5皮秒的干涉振荡信号，并将其解释为异常长寿的电子量子相干性的直接证据。在这里，我们表明，在环境温度下的水溶液中的光学二维光子回波光谱的复杂的不提供任何长寿命的电子量子相干性的证据，但确认正统的观点，迅速衰减的电子量子相干性的时间尺度为60 fs。我们的研究结果没有暗示电子量子相干性在真正的光活性生物分子复合物中起任何生物功能作用。由于这种天然能量转移复合物相当小，并且具有结构明确的蛋白质，细菌叶绿素之间的距离与其他捕光复合物相当，我们预计这一发现是普遍的，并直接适用于更大的光活性生物分子复合物。
2016-10-26 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Quantum simulation of photosynthetic energy transfer
在天然光合复合体中，已广泛观察到接近1的能量传递效率。这一现象引起了物理学、生物学、化学和材料科学等不同领域的广泛兴趣，因为它可能为有效的太阳能收集提供有价值的见解。近年来，量子相干效应在光合捕光中被发现，其在能量传递中的潜在作用引起了激烈的争论。在这里，我们使用核磁共振（NMR）进行光合能量转移的实验量子模拟。我们发现，一个N-生色团光合复合物，具有任意的结构和浴光谱密度，可以有效地模拟一个系统与log 2N量子比特。使用NMR量子模拟，利用理论工具（如分层运动方程，其在N中是指数的）模拟这样的系统的计算成本可以潜在地减少到需要恰好多项式数量的量子比特N。在NMR中进行这种量子模拟的益处在谱密度复杂时甚至更大，如在天然光合复合物中。这些发现可能揭示能量传递中的量子相干性，并有助于为有效的人工光收集提供设计原则。
2018-01-30 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.optics
Realistic and verifiable coherent control of excitonic states in a light harvesting complex
我们探讨了相干控制的激子动力学的捕光复合物的可行性，分析这些量子系统的开放性所施加的限制。我们建立了可行的目标相位和相位/振幅控制的电子激发态人口在Fenna-Mathews-Olson（FMO）复杂和分析的鲁棒性，这种控制相对于取向和充满活力的障碍，以及退相干耦合到蛋白质环境。我们进一步提出了两种可能的路线，以验证的控制目标，与模拟的FMO复杂的显示，转向的激发态是实验验证通过扩展激子相干性或通过产生新的国家在泵探测设置。我们的研究结果为在超快光谱设置中对这些复杂的生物量子系统进行相干控制迈出了第一步。
2014-01-20 physics.chem-ph quant-ph
Nonadiabatic Sunlight-harvesting
实验和理论证据指出，特定的共振分子内振动模式的解释中观察到的一些天然和合成的光捕获复合物的二维光谱的长寿命的相干性的关键作用。对于自然的情况下，照明的非相干（太阳）光，这些振动的相关性进行了分析，在这里的光捕获振动原型二聚体。密度矩阵动力学的详细分析表明，包括分子内振动模式增强了一个数量级的激子相干性，并可能增加最低能量的单激子态的人口，以及人口和相干性的网站基础。与相干（激光）光源的初始状态制备的情况形成鲜明对比，局部振动模式的初始热状态以及反相关模式的初始热状态，演化没有非经典相关性，这是由其相空间准概率分布在任何时候都不存在负值所证实的。因此，不仅在二维光谱中观察到的长寿命相干性是由脉冲激光源的相干特性引起的，而且这里明确地表明，通常分配给反相关振动模式的非经典特性也是由相干脉冲激光源制备初始状态的结果。
2019-07-12 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Hidden symmetries enhance quantum transport in Light Harvesting systems
50多年来，我们已经知道光合系统以几乎单位{ \it量子效率}收获太阳能。然而，最近的实验证据{ \it量子相干性}在激子能量传输光合生物挑战我们的理解，这一基本的生物功能。目前，尽管作出了许多努力，但一致性与效率之间的因果关系仍然是一个有争议的问题。我们表明，通过对网络上的量子相干输运的广泛模拟的研究，中心对称哈密顿特征的三维结构在统计上比随机安排更有效。此外，我们表明，实验数据可用于电子哈密顿的Fenna-Mathew-Olson（FMO）复杂的硫细菌和的crypophyte PC645复杂的海藻是一致的，这种强相关的中心对称性与量子效率。这些结果表明，什么似乎是几何无序的复合物很可能表现出一个隐藏的对称性，增强了发色团之间的能量传递。我们相信，我们的研究结果将推动研究，探索近中心对称的哈密顿在更现实的环境中的属性，并揭示对称性的量子效应在生物学中的作用。这种对称性的解开可能会打开新的视角，并提出新的设计原则，在人工设备的发展。
2012-05-23 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph q-bio.BM
Robust and fragile quantum effects in the transfer kinetics of delocalized excitons between B850 units of LH2 complexes
Queens College, City University of New York（纽约市立大学皇后学院）；Graduate Center, City University of New York（纽约市立大学研究生院）
研究揭示了LH2复合物B850单元间激子转移动力学中量子效应的鲁棒性与脆弱性，通过广义主方程分析距离、角度和能量对转移速率的影响。
2026-01-05 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Optical signatures of quantum delocalization over extended domains in photosynthetic membranes
相干动力学和激子离域在光合膜中的几个捕光结构的前景是相当大的兴趣，但具有挑战性的实验探索。在这里，我们从理论上证明，激子离域跨扩展域涉及几个捕光复合物可以导致明确的签名的光学响应，特别是线性吸收光谱。我们的特点，在实验建立的条件下的分子组装和蛋白质诱导的不均匀性，在这些阵列中的偏振和非偏振激发的光吸收，并证明它可以作为一种诊断工具，以确定等能量的光捕获结构之间的相干耦合。这些耦合的知识将进一步深入了解传递的动力学性质，例如促进准确确定福斯特速率。
2015-08-10 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Entangling two atoms of different isotopes via Rydberg blockade
量子纠缠对于模拟和理解强关联多体系统的奇异物理至关重要，例如高温超导体或分数量子霍尔态。非全同粒子的纠缠表现出更丰富的强多体关联物理，并为量子计算提供了更多的机会，特别是对于中性原子，与离子相比，粒子间相互作用可以通过费什巴赫共振广泛地调谐。此外，种间纠缠形成了各种复合系统的性质的基础，从玻色-玻色混合物到光合捕光复合物。到目前为止，只获得了囚禁离子的种间纠缠。本文报道了两个不同同位素的中性原子纠缠的实验实现。一个${}^{87}\mathrm{Rb}$原子和一个${}^{85}\mathrm{Rb}$原子被限制在相隔3.8 $μ$ m的两个单原子光阱中。在强里德堡封锁条件下，我们实现了一个异质结控制的--NOT（C-NOT）量子门，并得到了一个异质结纠缠态，分别为$0.73 \pm 0.01$和$0.59 \pm 0.03$.我们的工作与单量子比特门和C非门技术相结合，可以用于模拟任何多体系统的多物种相互作用。它还在量子计算和量子精密测量中具有应用，因为异质结系统在低串扰和存储器保护方面表现出优势。
2017-02-01 quant-ph
Quantum simulation of clustered photosynthetic light harvesting in a superconducting quantum circuit
提出了一个模拟量子超导电路系统中光合复合物激子能量转移（EET）的方案。我们的系统是由两对超导电荷量子比特耦合到两个分开的高Q超导传输线谐振器（TLR）连接的电容。当量子比特的频率与TLR的频率大幅度失谐时，我们模拟了从第一个量子比特到第四个量子比特的EET过程。通过调节量子比特和TLR之间的耦合以及两个TLR之间的耦合，我们可以修改量子比特之间的有效耦合强度，从而证明几何效应对EET的影响。结果表明，一个温和的集群的几何形状支持最佳EET通过使用激子离域和能量匹配条件。EET期间的种群损失被困在两个TLR中。
2020-08-27 cond-mat.dis-nn physics.chem-ph physics.optics
Coherent exciton dynamics in the presence of underdamped vibrations
最近的超快光学实验表明，大型生物捕光复合物中的激子与分子振动模式耦合。这些高频振动不仅会影响光学响应，而且会驱动激子输运。在这里，使用一个模型二聚体系统，欠阻尼振动的频率示出具有强烈的影响，激子动力学，使量子相干振荡系统中可以存在，即使在强噪声的情况下。两种机制被确定为负责增强的传输效率：临界阻尼由于耦合到浴的可调有效强度，和共振耦合的振动频率与系统中的能隙一致。这两种机制的相互作用决定了负责最有效传输的参数，这些最佳控制参数与现实捕光复合物中的参数相当。有趣的是，激子相干性在共振时的振荡被抑制相比，非共振振动的情况下。
2014-12-22 physics.chem-ph quant-ph
Interplay between Dephasing and Geometry and Directed Heat Flow in Exciton Transfer Complexes
自然光合系统中惊人的能量转移效率和生物光捕获复合物中长寿命量子相干性的最新证据引发了许多兴奋，因为这些系统-地球上几乎所有生命都必不可少-使用量子力学效应来实现最佳功能的可能性令人回味。大量的理论工作已经解决了局部环境在决定光合网络中激子的输运性质和经典环境中量子相干性的生存中的作用。尽管如此，理解量子相干性、激子网络几何形状和能量转移效率之间的联系仍然是一个挑战。在这里，我们解决这个连接从激子网络内的热传递的角度来看。使用非平衡开放量子系统方法，并专注于Fenna-Matthews-Olson复合物，我们证明了有限的本地退相可以是有益的整体功率输出。这种增强功率输出的机制被确定为局部热流的量子和经典贡献之间的温和平衡，使得总热流沿着最短路径定向，并且耗散最小化。强烈相关的激子传输复合物的空间网络结构，这种机制阐明了如何在光合激子复合物的能量流动。
2015-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Evolutionary Design in Biological Quantum Computing
量子力学的独特能力，并行地发展替代的可能性是有吸引力的，多年来已经开发了一些量子算法提供了巨大的计算效益。与环境耦合的系统很快就会失去量子相干性，基于么正性的方案可能无法实现。最近在光捕获复合物中室温量子相干性的发现开辟了从生物学借用概念以将量子效应用于计算目的的新可能性。虽然已经证实，在绿硫细菌中的捕光复合物（诸如Fenna-Matthews-Olson（FMO）复合物）执行类似于量子Grover算法的有效量子搜索，但是该类比尚未建立。在这项工作中，我们表明，量子耗散在FMO复杂的量子搜索中起着至关重要的作用，它是从根本上不同于已知的算法。在FMO复合物中，不仅存在最佳水平的相位破坏以避免量子局域化和芝诺陷阱，而且它还可以利用量子耗散来进一步加速该过程。通过详细的量子计算，同时考虑到相位破坏和量子耗散，我们表明FMO复合物的设计已经得到了进化优化，并且比纯量子或经典随机算法更快。受这些发现的启发，我们引入了一个新的基于退相干量子演化的计算概念。虽然它受到光捕获系统的启发，但新的计算设备也可以在不同的材料基础上实现，为小型化和速度开辟新的量级。
2013-11-19 cond-mat.dis-nn quant-ph
Proposal for probing energy transfer pathway by single-molecule pump-dump experiment
Fenna-Matthews-Olson（FMO）捕光复合物的结构长期以来被认为包含七个细菌叶绿素（BChl）分子。最近，在FMO复合物的晶体结构中发现了额外的BChl分子，其可以作为基板和其余七个分子之间的连接。本文通过模拟八分子体系中的单分子泵浦-转储实验，研究了激发能转移（EET）过程。我们采用相干修正的Redfield理论和非马尔可夫量子跃迁方法模拟EET动力学。该方案提供了一个实用的方法来检测现实的EET途径在BChl复合物与目前可用的实验技术。它可以帮助优化人工光捕获设备的设计。
2016-08-27 physics.atom-ph physics.bio-ph physics.chem-ph
Energy-scales convergence for optimal and robust quantum transport in photosynthetic complexes
光捕获复合物中高效率的激发能转移的基本物理原理尚未完全理解。值得注意的是，考虑到这些系统与周围溶剂和支架蛋白质内的振动和辐射环境的实际相互作用，这些系统用于传输能量的鲁棒性程度是未知的。在这项工作中，我们采用了一种有效的技术来估计这种复杂的激子系统的能量转移效率。我们观察到，动力学的Fenna-Matthews-Olson（FMO）复杂导致最佳和强大的能量传输由于所有重要的内部和外部参数之间的能量尺度的收敛。特别是，我们证明了FMO能量转移效率相对于环境相互作用和Frenkel激子Hamilton的相关参数是最佳且稳定的，包括重组能$λ$、浴频率截止$γ$、温度$T$、浴空间相关性、初始激发、耗散率、捕获率、无序和偶极矩方向。我们将$λT/γ\*g$的比率确定为控制量子输运效率的单个关键参数，其中g是平均激子能隙。
2012-12-31 quant-ph
Spectral Localization in Cavity-Mediated Entanglement Harvesting
Center for Gravitation and Cosmology, College of Physical Science and Technology, Yangzhou University（扬州大学物理科学与技术学院引力与宇宙学中心）
该研究提出纠缠提取的统一物理原理，推导最大可提取并发度的闭式表达式，揭示其与逆参与率的对应关系，表明该曲线可在超导电路量子电动力学实验中观测。
2026-10-20 gr-qc hep-th quant-ph
