Photo-activated biological processes as quantum measurements
我们概述了一个框架，用于描述光激活的生物反应作为广义的量子测量的外部领域，其中的生物系统承担的角色的量子计。通过使用一般的参数描述的测量相互作用的哈密顿量，我们确定的情况下，它是必不可少的一个复杂的化学或生物系统表现出非平衡量子相干动力学，以实现必要的功能。我们通过考虑光合作用中太阳辐射场的测量和鸟类磁感受中地球磁场的测量来说明分析。
2014-08-21 physics.bio-ph q-bio.BM quant-ph
Molecular Response in One-Photon Absorption via Natural Thermal Light vs Pulsed Laser Excitation
光诱导的生物过程通过自然光中的单光子吸收发生，自然光是弱的、连续的和非相干的，但通常在实验室中使用脉冲相干光进行研究。在这里，我们比较了一个分子的响应，这两个非常不同的来源在一个量化的辐射场图片。后者示出诱导相干的时间演化的分子，而前者没有。因此，在实验室实验中观察到的相干时间依赖性将与自然生物过程无关。重点放在解决这个问题上的困惑，表现出从量子测量的方面，并从缺乏欣赏的吸收光子的适当描述。
2012-12-02 physics.bio-ph quant-ph
Microspectroscopy and Imaging in the THz Range Using Coherent CW Radiation
提出了一种新的太赫兹近场光谱仪，它允许进行生物和医学研究与高光谱分辨率相结合的空间分辨率下降到1/100。在该装置中，比所使用的波长小得多的孔径被放置在非常靠近样品的光束中。样品由孔后的倏逝波探测。通过共焦显微镜测量的距离非常精确。我们使用单色源，提供强大的相干连续波辐射可调谐从50 GHz到1.5太赫兹。可以进行透射和反射实验，使我们能够研究水溶液中的固体和分子。生物组织的光谱研究的例子。
2002-02-13 physics.bio-ph q-bio
QED-Cavity model of microtubules implies dissipationless energy transfer and biological quantum teleportation
我们改进了QED腔模型的微管（MT），提出了较早的两位作者（N.E.M.）。和D.V.N.），并且提出了用于形成生物分子介观相干和/或纠缠量子态的机制，其可以避免与生物特征时间相当的时间的退相干。这个改进的模型预测了在室温附近沿着这种“屏蔽”的大分子的无耗散能量转移，以及在MT和可能的神经元之间的状态的量子隐形传态。
2002-04-04 cond-mat.dis-nn physics.bio-ph quant-ph
Symmetric and asymmetric discrimination of bosonic loss: Toy applications to biological samples and photo-degradable materials
我们考虑基于对称和非对称假设检验的玻色子损失的量子歧视。在这两种方法中，纠缠资源能够在低光子数的情况下优于任何基于相干态发射器的经典策略。在对称的情况下，我们考虑培养基中细菌生长的低能量检测。假设细菌浓度的指数增长律和样品的光学transmittance的比尔-朗伯定律，我们发现，使用纠缠允许一个相对于使用相干态实现更快的增长检测。还通过假设指数光降解模型来研究这种性能，其中通过增加照射在样品上的光子的数量来降低浓度。这项调查，然后扩展到经典信息的读出适当设计的光降解光存储器。
2018-11-26 cond-mat.other physics.bio-ph physics.optics
The Feasibility of Coherent Energy Transfer in Microtubules
曾经有人声称，生物系统过于温暖和潮湿，无法支持量子现象，主要是由于热效应破坏了量子相干性。然而，最近的实验结果和理论分析表明，热能可能有助于，而不是破坏，量子相干性，特别是在干燥的疏水内部的生物分子。具体而言，证据已经积累的必要参与的量子相干性和独特的安排在光捕获光合复合物的发色团之间的纠缠。令人惊讶的是，微管蛋白亚基蛋白，其中包括微管，也拥有独特的结构的发色团，即芳香族氨基酸，包括色氨酸。这些芳香族化合物的几何形状和偶极性质与光合单位中发现的那些相似，表明微管蛋白可能支持相干能量转移。微管蛋白聚集成微管几何晶格可能支持这样的能量传递，这可能是重要的生物信号和通信至关重要的生命过程。在这里，我们进行了一个计算的研究，通过偶极激发耦合到周围的热环境中的微管蛋白中的发色氨基酸之间的能量转移。我们提出的空间结构和能量特性的色氨酸残基的微管组成蛋白质微管蛋白。提供了支持信号沿微管传播的量子机制的条件的合理性参数。总的来说，我们发现在微管蛋白和微管中的相干能量传递是生物学上可行的。
2014-05-12 physics.bio-ph physics.chem-ph
On the coherent behavior of pancreatic beta cell clusters
胰腺中的β细胞代表了耦合的生物振荡器的一个例子，其通过通信途径能够同步它们的电活动，从而引起脉动胰岛素释放。在这项工作中，我们数值分析膜电压信号功率密度谱的无标度自相似特性，通过随机动力学模型的胰岛β细胞微调小鼠实验数据。采用代数方法的相干态形式主义，我们展示了如何相干的分子域可以产生适当的功能条件导致一个平行的“相变“现象的场论。
2014-07-29 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.NC
Quantum Nonlocality and Biological Coherence
量子力学非定域性被认为是生物体和植物中长距离相关的可能机制，它调节着生物体和植物的协调发展和功能。结果表明，Doebner-Goldin非线性量子理论允许将非定域效应扩展到标准的EPR-Bohm方案之外，从而可以描述某些生物过程中的长距离关联。并与实验结果进行了比较。
2022-12-05 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.gen-ph
Structured illumination multimodal 3D-resolved quantitative phase and fluorescence sub-diffraction microscopy
亚衍射分辨率成像通过可视化关键但以前无法分辨的亚细胞结构在生物研究中发挥了关键作用。不幸的是，远场子衍射分辨率的应用目前分为荧光和相干衍射制度，和多模态子衍射技术，桥梁这一差距尚未得到证明。在这里，我们报告说，结构照明（SI）允许多模子衍射成像的相干定量相位（QP）和荧光。由于SI的常规荧光应用，我们首先展示了具有校准微球的SI使能的三维（3D）QP亚衍射成像的原理。图像分析证实了衍射限制QP成像的横向和轴向分辨率增强，并建立了相干SI和传统光学衍射断层扫描之间惊人的相似之处。接下来，我们介绍了一个光学系统，利用SI实现3D亚衍射，多模态QP/荧光可视化的A549生物细胞荧光标记的F-肌动蛋白。我们的研究结果表明，SI具有独特的效用，在研究具有重要的分子，生物物理和生物化学成分的生物现象。
2017-02-12 physics.bio-ph
Physiological search for quantum biological effects based on the Wigner-Yanase connection between coherence and uncertainty
本文利用Wigner-Yanase信息度量自由基对反应中的量子相干性，并将其与细胞受体-配体系统的可测生理量关联，提出量子生物学不确定性关系，为在细胞环境中探索量子相干效应提供了通用方法。
2023-08-11 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.med-ph
Coherent open-loop optimal control of light-harvesting dynamics
我们应用理论上的开环量子最优控制技术，在现实的实验约束下，在自然和人工捕光复合物中的各种量子相干输运机制的验证方法。我们证明，最佳形状的激光脉冲允许忠实地准备在指定的初始状态（如本地化激发或相干叠加，即传播和非传播状态）的光系统，并有效地探测的动态。这些结果提供了一个路径的歧视不同的运输途径和环境特性的表征，提高我们的理解的作用，连贯的过程中可能发挥的生物复合物。
2011-03-04 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Functional quantum biology in photosynthesis and magnetoreception
量子力学或相干量子效应在生物过程中是否有功能作用？虽然这个问题和量子理论一样古老，但直到最近，在超快时间尺度上对生物系统的测量才揭示了一个可能的答案。在这篇评论中，我们给出了一个概述的两个主要候选人的生物系统，可以利用这样的功能量子效应：光合作用和磁感受。我们讨论了支持和反对室温量子相干性的一些最新证据，并考虑在这些生物机制中是否真的有相干性的功能作用。最后，我们简要概述了功能量子生物学的一些更具投机性的例子，包括嗅觉，蛋白质中的长程量子隧道，生物光感受器和离子穿过细胞膜的流动。
2012-05-04 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.BM
Enhancing light-harvesting power with coherent vibrational interactions: a quantum heat engine picture
最近的证据表明，量子效应可能在生物捕光系统中具有重要的功能。随着离域电子激发，现在怀疑量子相干相互作用与某些近共振振动可能有助于光捕获性能。然而，这种相干振动相互作用所提供的实际量子优势还没有被证实。我们研究了量子设计原理，即电子和振动自由度之间的单能量量子的相干交换可以增强光捕获系统的功率，超过仅通过热机制可能实现的功率。我们提出了一个原型量子热机，干净地说明了这一量子设计原理，并量化其量子优势使用热力学性能的措施。我们还证明了该原则的相关性连接到自然光捕获结构的参数制度。
2015-10-21 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
On the feasibility of nanocrystal imaging using intense and ultrashort 1.5 Å X-ray pulses
生物大分子的结构研究受到辐射损伤的严重限制。传统的晶体学通过将损伤扩散到目标分子的许多副本上来抑制损伤的影响。X射线激光器，例如最近建造的LINAC相干光源（LCLS），通过使用超短和非常强的X射线脉冲进行破坏过程，为限制破坏提供了额外的机会。这种脉冲可以使单分子、簇或纳米颗粒成像，但相干闪光成像也将为纳米和微晶物质的结构研究开辟新的途径。本文讨论了极强相干X射线脉冲纳米照相的理论潜力和局限性。我们使用尿素纳米晶体作为通用生物物质的模型，并模拟晶体样品中的初级和次级电离动力学。我们的研究结果建立了超快纳米晶体衍射实验的条件，作为能量密度和脉冲持续时间的函数。
2010-06-23 physics.bio-ph physics.comp-ph
