Quantum nonlocality in the excitation energy transfer in the Fenna-Matthews-Olson complex
Fenna-Matthews-Olson（FMO）复合物-一种参与绿硫细菌光合作用的色素蛋白复合物-在将激发能从光捕获天线分子转移到反应中心方面非常有效。最近的实验和理论研究表明，量子相干性和纠缠可能在这种激发能转移（EET）中发挥作用。我们研究是否二分量子非局域性，一个属性，表示一个强于纠缠形式的相关性，存在于不同对的发色团在FMO复杂的分层耦合运动方程方法建模的EET时。我们比较了非定域性的结果与系统中的二体纠缠量。特别是，我们分析了这些相关性是如何受到不同初始条件的影响。结果发现，二分非局部性只存在于初始条件选择在一个非生理的方式，可能是缺席时，考虑在FMO复杂的EET在其自然栖息地。我们还看到，在这个系统中，非定域性和纠缠的表现是完全不同的。特别地，对于定域初始态，非定域性只存在于很短的时间尺度上，然后以突然的方式下降到零。如从先前的研究中已经知道的，另一方面，发色团对之间的量子纠缠是振荡的和指数衰减的，从而遵循更类似于发色团群体动力学的模式。非定域性在非零纠缠存在时的突然消失，我们称之为非定域性突然死亡;这是量子系统中这两种相关性之间差异的显著表现。
2016-10-19 physics.bio-ph quant-ph
A systematic study of the role of dissipative environment in regulating entanglement and exciton delocalization in the Fenna-Matthews-Olson complex
本文利用数值精确的层级运动方程方法系统考察 FMO 复合物在不同温度、耦合强度和非马尔可夫环境下的纠缠与相干长度动力学，揭示二者受环境调控的差异及其与能量转移效率的关系。
2024-06-16 quant-ph
Multipartite entanglement in the Fenna-Matthews-Olson (FMO) pigment-protein complex
我们调查的芬娜-马修斯-奥尔森（FMO）的色素-蛋白质复合物的绿硫细菌使用的声子水库的洛伦兹谱密度与典型的参数估计的物种，P. aestuarii。的激子W量子比特状态的纠缠度的演化进行评估，在皮秒的时间范围内，显示在非马尔可夫制度的复苏增加。在N-激子多体态的Meyer-Wallach测度的演化动力学中观察到类似的趋势，结果表明多体纠缠可以持续0.5至1 ps，FMO复合物的Bchls之间。与FMO复合体激子量子比特信道的GHZ和W_A资源态相关的隐形传态和量子信息分裂的量子数表明，量子数的恢复随着退相干环境的非马尔可夫强度的增加而增加。结果表明，量子信息处理任务，包括隐形传态，其次是解码过程，涉及的FMO复合物的W_A状态，可能发挥关键作用，在相干振荡在生理温度下。
2012-03-29 quant-ph
Plasmonic bio-sensing for the Fenna-Matthews-Olson complex
我们从理论上研究了金属纳米线表面等离子体激元的生物传感能力。作为一个具体的例子，我们将纳米线耦合到Fenna-Matthews-Olson（FMO）光合色素蛋白复合物的特定位点（细菌叶绿素）。在这个混合系统中，我们发现，当某些网站的FMO复合物受到抑制的站点间的转换或完全断开从复杂的，所产生的变化，通过复杂的激发传输速率可以通过相应的变化监测入射纳米线表面等离子体的散射光谱。我们还发现，这些变化可以通过改变等离子体激元位点耦合的比例进一步增强。散射光谱中Fano线形的变化进一步揭示了FMO络合物中的“5位”起着与其它位不同的作用。我们的研究结果提供了一种可行的方法，使用单光子，检测突变引起的，或漂白引起的，局部缺陷或修改的FMO复合物，并允许访问的本地和全局属性的激发转移在这样的系统。
2017-01-19 quant-ph
The nature of the low energy band of the Fenna-Matthews-Olson complex: vibronic signatures
完全基于电子-声子耦合的实际实验观察，我们开发了一个理论框架，以表明Fenna-Matthews-Olson（FMO）复合物的最低能带由于其发色团中存在的振动流形的量子性质而表现出可观察到的特征。线性光谱的研究为我们提供了一个渐进的方式，从微观模型开始，最后执行一个非均匀的平均理解的动力学特征所产生的非线性光谱中的电子振动结构的基础。我们发现，可以见证的离散性的振动结构的探测的对角峰的非线性光谱的相对相移的等待时间分辨信号的装置。此外，我们证明了光子回波和非重相路径是敏感的不同的谐波振动流形时，静态无序考虑。通过分析和数值计算的支持下，我们表明，在等待时间的2D光谱中的非对角共振，进一步捕获振动的离散性，通过调制的振幅没有任何影响的信号固有频率。这一事实产生的信号是高度敏感的激子能量的静态无序中的相关性，虽然防止失相由于振动系综的不均匀性。
2012-05-19 cond-mat.soft q-bio.BM quant-ph
Multi-timescale time encoding for CNN prediction of Fenna-Matthews-Olson energy-transfer dynamics
Center for Quantum Materials and Computational Condensed Matter Physics（量子材料中心）；Kunming University of Science and Technology（昆明理工大学）；School of Science, Department of Physics（科学学院，物理系）
本研究提出一种非递归CNN，通过冗余时间编码高效预测费纳-马修斯-奥尔森复合物的长时量子耗散动力学。
2025-08-26 cs.LG physics.chem-ph quant-ph
Constrained geometric dynamics of the Fenna-Matthews-Olson complex: The role of correlated motion in reducing uncertainty in excitation energy transfer
绿硫细菌的Fenna Mathews Olson（FMO）复合物是光合色素蛋白质复合物的一个例子，其中色素的电子性质被蛋白质环境改变以促进从天线复合物到反应中心的有效激子能量转移。FMO络合物的许多电子性质可以从静态晶体结构的知识中提取。然而，最近对FMO复合体中持久量子动力学的观察和分析表明，蛋白质动力学是在实验室条件下保护和产生量子相干性的关键因素。虽然快速的分子间和分子内的振动已被广泛研究，慢动力学，有效地确定光学非均匀加宽的实验合奏得到较少的关注。我们的研究采用约束几何动力学研究蛋白质网络的灵活性，有效地产生可访问的构象状态从公布的晶体结构。统计和主成分分析揭示了功能相关元素之间的高度相关的低频运动，包括激子耦合的颜料之间的强相关性。我们的分析揭示了一个层次的结构相互作用，执行这些相关的运动，从单体单体接口的水平下降到α螺旋，β片层和颜料。除了诱导强的空间相关性的构象合奏，我们发现，整体刚性的FMO复杂的是非常高的。我们认为，这些观察结果支持的想法，高度相关的非均匀无序的电子激发态，这是进一步支持的构象合奏的激子耦合的显着低方差。
2014-07-08 cond-mat.other physics.bio-ph physics.chem-ph
Non-perturbative exciton transfer rate analysis of the Fenna-Matthews-Olson photosynthetic complex under reduced and oxidised conditions
本研究通过非微扰方法分析FMO复合物在还原与氧化条件下的激子转移速率，发现仅位点能量偏移不足以解释实验差异，需重新评估电子哈密顿量以准确理解激子动力学。
2024-12-18 physics.chem-ph quant-ph
Why quantum coherence is not important in the Fenna-Matthews-Olsen Complex
我们开发并提出了一种改进的传统技术，用于解决分层运动方程，减少了超过75%的内存成本，同时保持相同的收敛速度和精度。这使得一个完整的计算的人口动态的24位FMO三聚体的长时间尺度，很少的努力，我们提出了第一个完全收敛，准确的结果为7位子系统的单体，并为完整的24位三聚体。由于这种新的方法，我们的数值精确的24-位点，2-指数结果是迄今为止进行的最苛刻的HEOM计算，超过了Strumpfer和Schulten的50-位点，1-指数结果[2012，J. Chem. Thy. & Comp.，8，2808]。然后，我们展示了我们的精确7位点结果偏离Ishizaki和Fleming [2009，Proc. Natl. Acad. Sci. USA，106，17255]。我们的确切结果，然后使用非相干福斯特理论的计算进行比较，它被发现，从天线到反应中心的能量转移发生超过50倍的速度比荧光寿命的激发，是否相干被认为是。这意味着相干性不太可能提高光合作用的效率。事实上，非相干理论往往倾向于过度预测能量转移的速率，这表明在某些情况下，电子相干实际上可能会减缓光合作用过程。
2014-11-16 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.QM
Decoherence-assisted transport in quantum networks
结果表明，在一个均匀的全连接量子网络的能量转移是由一个与环境自旋的消相干相互作用。传递概率的解析表达式得到的零温度的情况下，和效果示出在生理温度下持续。这个模型的消相干辅助能量转移的芬纳-马修斯-奥尔森复杂。
2014-01-26 quant-ph
On the Equivalence of Quantum and Classical Coherence in Electronic Energy Transfer
为了研究量子相干性对电子能量转移的影响，这是光合作用中当前感兴趣的主题，我们解决了最简单的模型的传输问题，通过偶极-偶极相互作用的单体的聚集使用量子和经典动力学。我们的结论是，对于现实的耦合强度量子和经典相干传输是相同的。这是证明了数值计算的线性链和光合芬娜马修斯奥尔森（FMO）复杂
2011-04-12 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
An efficient method to calculate excitation energy transfer in light harvesting systems. Application to the FMO complex
从非马尔可夫量子态扩散（NMQSD）导出主方程，计算了不同温度下FMO色素-蛋白质复合物的激发能转移.这种方法使我们能够处理的光谱密度，明确包含耦合到内部振动模式的发色团。此外，该方法是非常有效的，其结果是，可以在大约一分钟内在标准PC上计算的传输动态，进行系统的调查w.r.t.参数变化容易处理。在证明了我们的方法是能够重现的结果的数值精确的运动方程（HEOM）的方法，我们展示了如何列入振动模式的影响转移。
2011-06-26 physics.bio-ph quant-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
Generalized master equation for modular exciton density transfer
针对由多个发色团弱相互作用模块组成的大规模捕光系统，导出了控制模块激子密度量子演化的广义主方程。GME-MED提供了一个实用的框架，将小尺度的实时相干量子动力学计算纳入大尺度的动力学中，而无需假设时间尺度分离或特定形式的模块内量子动力学。测试的GME-MED的四个网站的芬娜-马修斯-奥尔森复杂的激子群体在许多耦合发色团的相干动力学演示如何可以准确地描述由子组（模块）的离域激子之间的转换。
2013-11-08 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph quant-ph
Quantum simulation of FMO complex using one-parameter semigroup of generators
开放量子系统在生物过程中的应用，如光合作用复合物，最近重新受到关注。在本文中，我们介绍了一个量子算法模拟马尔可夫动力学的Fenna-Matthew-Olson（FMO）复杂的光合作用中存在的一个“通用集”的单参数半群的发电机。我们调查的细节，每个发电机已获得的谱分解的Gorini-Kossakowski-Sudarshan（GKS）矩阵，通过使用线性组合和酉共轭。此外，我们提出了一个简单的量子线路实现这些发电机。
2020-09-28 quant-ph
Functional Subsystems and Quantum Redundancy in Photosynthetic Light Harvesting
Fenna-Matthews-Olson（FMO）天线复合体负责绿硫细菌中的光捕获，由三个单体组成，每个单体具有七个发色团。在这里，我们表明，多个子系统的七个发色团可以转移能量从发色团1或6的反应中心的效率匹配，或在许多情况下超过了整个七个发色团系统。在FMO复合体中，这些功能子系统支持多个量子路径，用于提供内置量子冗余的有效能量转移。在自然界中有许多冗余的实例，提供可靠性和保护，并且在光合光捕获中，这种量子冗余提供了对一个或多个发色团的暂时或永久损失的保护。FMO复合物内功能子系统的完整表征提供了FMO复合物内能量流的详细地图，其对更高效的光伏器件的设计具有潜在的应用。
2011-12-07 physics.bio-ph quant-ph
Role of quantum coherence in chromophoric energy transport
量子相干性和环境在激发能转移动力学中的作用还没有完全理解。在这项工作中，我们介绍了各种物理过程的能量转移效率的动态贡献的概念。我们开发了两种互补的方法，基于格林函数方法和能量转移的相关性，并量化的重要性的哈密顿演化，声子诱导的退相干，和空间弛豫途径。我们调查的芬娜-马修斯-奥尔森蛋白质复合物，在那里我们发现约10%的相干动力学和80%的松弛的贡献。
2009-02-04 quant-ph
Quantum entanglement in photosynthetic light harvesting complexes
光合生物的光捕获组件是复杂的，耦合的，多体量子系统，其中电子相干性最近被证明可以存活相对较长的时间尺度，尽管其环境的散肩效应。在此背景下，我们分析了多发色团光捕获复合物中的纠缠，并通过提出纠缠的充分必要条件和推导出全球纠缠的度量来建立量化纠缠的方法。然后将这些方法应用于Fenna-Matthews-Olson（FMO）蛋白质，以提取纠缠的初始状态和温度依赖性。我们发现，虽然FMO在自然条件下主要包含二聚发色团之间的二分纠缠，少量的远程和多组分纠缠存在，即使在生理温度。这是第一次严格量化生物系统中的纠缠。最后，我们讨论了纠缠在密集堆积的分子聚集体，如捕光复合物的实际利用。
2010-06-07 physics.bio-ph quant-ph
Excitation energy transfer in light-harvesting system: Effect of initial state
捕光是一个长期感兴趣的问题。近年来，由于能量输运中的量子效应的提出，量子力学又重新活跃起来。最近的实验发现BChla 1和BChla 6是FMO蛋白中最先被激发的，然而理论研究大多局限于BChla 1中的激子。在本文中，我们研究了FMO复合物中的能量输运，考虑到不同的初始状态。最优化的退相干率最大的传输效率。讨论了能量转移效率与初始状态的关系。波动的网站能量和耦合的影响也进行了研究。
2012-03-01 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Spatio-Temporal Steering for Testing Nonclassical Correlations in Quantum Networks
我们引入时空转向（STS）的概念，在特殊情况下，减少到爱因斯坦-波多尔斯基-罗森转向和最近推出的时间转向。我们描述了两种措施，这种效果被称为STS的重量和鲁棒性。我们认为，这些STS措施，使一种新的方式来评估非经典的相关性在一个开放的量子网络，如量子传输通过纳米结构或激发转移在一个复杂的生物系统。作为我们的例子之一，我们应用STS检查非经典的相关性在一个光合色素蛋白质复合物中的Fenna-Matthews-Olson模型。
2016-08-10 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
Environment-Assisted Quantum Transport
由于量子和经典行为的存在，纳米尺度的输运现象引起了人们的兴趣。在这项工作中，我们证明了量子输运效率可以提高由波动环境引起的纯退相的系统哈密顿量的动态相互作用。这与导致无序系统中的局域化的完全相干跳跃以及最终被量子芝诺效应抑制的高度非相干转移相反。我们研究这些现象中的Fenna-Matthews-Olson蛋白质复合物作为一个原型较大的光合能量传递系统。我们还表明，无序的二叉树结构表现出增强的输运存在的失相。
2009-02-10 quant-ph
Quantum scattering model of energy transfer in photosynthetic complexes
我们发展了一个量子散射模型来描述激子通过Fenna-Matthews-Olson（FMO）复合物的输运。结果表明，与经典行为相比，最佳量子相干条件下的激子输运效率更高。此外，我们还发现，量子共振条件在多个途径中比在一个途径中更容易满足。然后，我们明确地证明了色素的最佳分布，众多的能量传递途径和量子效应，结合在一起，有助于FMO复合物中完美的能量传输。
2012-01-09 physics.chem-ph q-bio.BM quant-ph
Energy transfer properties and absorption spectra of the FMO complex: from exact PIMC calculations to TCL master equations
研究了Fenna-Matthews-Olsen复合物中的激子能量转移（EET），并利用路径积分蒙特卡罗（PIMC）模拟验证了TCL主方程的有效性，得到了300 K下的线性吸收谱.通过应用Marcus的理论选择合适的Lindblad运营商的长时间非相干跳跃过程和使用本地非马尔可夫退相率，我们的模型显示出很好的协议与PIMC结果EET。它还正确地再现了线性吸收光谱，发现在实验中，没有使用任何拟合参数。
2013-01-09 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-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
Predicting entanglement and coherent times in FMO complex using the HEOM method
Fenna-Matthews-Olson（FMO）细菌叶绿素（BChls）是绿硫细菌光合作用过程中负责高效能量传递的分子，与长寿命相干的量子现象有争议。这种现象是使用量子开放系统（QOS）建模，不包括记忆效应的周围近似为一个声子浴热平衡。这项工作适用于分层运动方程方法（HEOM），一种非马尔可夫方法，在FMO复杂的系统演化的建模进行预测的相干时间尺度连同全球和半本地纠缠在量子激发。
2020-08-17 physics.chem-ph q-bio.BM quant-ph
Quantum transport in quantum networks and photosynthetic complexes at the steady state
最近，一些作品分析了光合复合体在瞬态情况下的效率，以及这种效率如何受到环境噪声的影响。在这里，量子主方程的方法，我们研究的能量和激发传输在完全连接的网络在一般情况下，并在特定的情况下的芬娜-马修-奥尔森复杂。分析是针对系统的稳态进行的，其中激励能量不断地“流过”系统。如果量子系统的演化不以单个激发的到达为条件，则稳态传输方案特别相关。通过在系统中加入退相，我们分析了量子输运噪声增强的可能性。
2013-02-25 cond-mat.other physics.bio-ph q-bio.BM
Influence of pigment-protein coupling on excitation energy transfer in FMO complex
为了解释实验观察到的Fenna-Matthews-Olson（FMO）复合物中高效激发能传递（EET）过程的振荡动力学，大多数理论模型假设细菌叶绿素a（BChla）位点周围的蛋白质环境相同，这与FMO复合物的结构分析相矛盾。使用不同的值的色素-蛋白质耦合不同的BChla网站，测量的绝热极限的电子转移，我们从理论上研究的影响，不均匀的本地蛋白质环境的激发能转移。通过采用非马尔可夫主方程，我们证明了非对称的系统-浴耦合导致的结果与实验观察一致。量子动力学模拟表明，关联泛函在长时间尺度上保持了激发态的振荡。此外，不同的BChla网站有不对称的时间尺度的振荡的激发，由于不均匀的色素-蛋白质耦合也。
2018-01-25 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Quantum simulation dynamics and circuit synthesis of FMO complex on an NMR quantum computer
近年来，作为一个开放量子系统的捕光复合物在弱耦合和强耦合下的动力学模拟受到了广泛的关注。在本文中，我们研究了一个数字量子模拟方法的Fenna-Matthews-Olson（FMO）的光合色素-蛋白质复合物包围马尔可夫浴，即，基于核磁共振（NMR）量子计算机的无记忆。为此，我们应用去耦（再耦合）的方法，这是关闭（上）的耦合和Solovay-Kitaev技术分解成有效的基本门的NMR模拟器上的哈密顿和Lindbladian。最后，根据开放系统动力学中系统与环境的相互作用，设计了幺正部分和非幺正部分的量子线路。
2020-10-01 quant-ph
Population and Coherence Dynamics in Light Harvesting Complex II (LH2)
从理论上研究了生理温度和低温条件下紫色细菌光合捕光复合物2（LH 2）B850环的电子激发布居和相干动力学。类似于Fenna-Matthews-Olson（FMO）蛋白，在LH 2中观察到的激发人口和一致性的振荡，通过使用一个缩放的分层运动方程（HEOM）的方法。然而，该振荡时间（300 fs）比FMO蛋白在低温下的振荡时间（650 fs）短得多。环境和高温都能提高激子波包的传播速度，但却缩短了相干时间，抑制了相干振幅和布居数。我们的计算表明，在这样一个嘈杂的生物环境中，发色团电子激发态之间可以存在一个长寿命的相干性。
2012-08-28 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Spatial propagation of excitonic coherence enables ratcheted energy transfer
实验证据表明，各种光合系统在电子能量传递过程中可以保持量子拍，即使在室温下。然而，这种量子相干性是否在体内产生，以及它是否具有任何生物学功能仍然不清楚。在这里，我们提出了一个理论模型，表明在自然条件下的连贯性的创建和重建是无处不在的。我们的模型使我们能够从理论上证明棘轮效应的机制，使量子相干性，在一个设计的灵感来自于一个能量转移途径中的芬娜-马修斯-奥尔森复杂的绿色硫细菌。这表明相干振荡在空间定向能量转移中可能具有生物学作用。我们的研究结果强调了分析的重要性，远程能量转移之间的复杂耦合（ICC）状态，而不是网站或激子状态之间的转移。
2012-09-17 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Non-Markovian Quantum Jumps in Excitonic Energy Transfer
我们利用新的非马尔可夫量子跳跃（NMQJ）方法随机模拟激子动力学来自一个时间卷积的主方程。对于相关的参数和时间尺度，时间相关的，振荡的退相干率可以有负的区域，非马尔可夫行为和相干性的复苏的签名。这可能导致室温下二聚体系统的非马尔可夫群体殴打。我们发现，强激子-声子耦合到低频模式可以大大修改输运性质。我们观察到激子输运增加，这可以被看作是最近的环境辅助量子输运（ENAQT）概念的非马尔可夫制度的延伸。在NMQJ方法中，Fenna-Matthew-Olson蛋白被研究为较大光合复合物的原型。
2009-08-13 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
Excitation transfer pathways in excitonic aggregates revealed by the stochastic Schrödinger equation
我们推导了系统波矢的随机薛定谔方程，并用它来描述分子聚集体中的激发能转移动力学。我们提出了一种基于量子测量的方法来估计激发转移时间。通过对模型系统进行计算，证明了所提出的方法的准确性。然后，该理论被应用到研究的激发传递动力学在光合色素-蛋白质Fenna-Matthews-Olson（FMO）聚集体使用德拜谱密度和从早期的分子动力学模拟包含强振动的高频模式得到的谱密度。结果表明，FMO体系中的激发转移时间受振动模式的影响，但转移途径保持不变。
2014-01-14 physics.chem-ph quant-ph
Geometrical effects on energy transfer in disordered open quantum systems
我们探讨了复杂量子系统中有效的激发能传输的各种设计原则。我们研究了由多达20个发色团组成的随机无序几何结构中的能量转移效率，以探索小型天然/人工捕光复合物（LHC）的空间和光谱特性。我们发现显着的统计相关性，高效的随机结构方面的基态属性，激子能隙，multichromophoric空间连接，和路径强度。这些相关性甚至可以存在于环境辅助量子传输的最佳状态之外。对于30和50的随机构型，我们观察到，当系统分别包含7和14个生色团时，输运效率饱和到其最大值。值得注意的是，这些最佳值分别与（Fenna-Matthews-Olson）FMO蛋白复合物和LHC II单体中叶绿素的数量相一致，这表明发色团密度具有潜在的自然优化。
2012-12-31 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Multipartite Quantum Entanglement Evolution in Photosynthetic Complexes
我们研究了Fenna-Matthew-Olson（FMO）复合体中纠缠的演化，并基于标度层次运动方程（HEOM）方法进行了模拟。我们研究的作用，多体纠缠的FMO复杂的凸屋顶优化的一些措施，包括一些以前没有被评估的直接计算。我们还考虑了一夫一妻制的纠缠在这些模拟中的作用。我们利用了单激子子空间中单偶边界饱和的事实。这使我们能够准确地计算更多的纠缠度量，也验证了凸屋顶的评估。然后，我们使用直接计算的凸屋顶来评估措施，不是由一夫一妻制。这种方法提供了一个更完整的帐户，在这些系统中的纠缠比迄今为止。我们的研究结果支持的假设，多体纠缠是最大的主要沿两个不同的电子能量转移途径。
2012-07-12 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Entanglement and entangling power of the dynamics in light-harvesting complexes
我们研究了Fenna-Matthews-Olson（FMO）复合物网络模型中激子能量转移（EET）过程中量子纠缠的演化，FMO复合物是一种生物色素-蛋白质复合物，参与硫细菌光合作用的早期步骤。马尔可夫的影响，以及空间和时间相关的（非马尔可夫）噪声的产生上的纠缠在不同的生色团（网站纠缠）和不同的激子本征态（模式纠缠）的研究，为不同的注入机制，包括热和相干激光激发。此外，我们研究了在自然操作条件下的FMO复合物的纠缠功率。虽然量子信息处理倾向于支持最大纠缠，但近单位EET是由于相干过程和噪声过程之间复杂的相互作用而实现的，其中演化的初始部分显示两种形式的纠缠的中间值。
2010-06-14 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Role of Energy-Level Mismatches in a Multi-Pathway Complex of Photosynthesis
考虑到光合作用捕光复合体中的多途径结构，我们研究了天线分子之间的能级失配在将吸收的能量转移到反应中心中的作用。我们发现了天线分子忠实地发挥作用的条件：它们的有效吸收比大于直接耦合到反应中心的接收分子的有效吸收比。在不存在能级失配和失相噪声的情况下，在多个路径之间产生限制能量传递的量子相消干涉。另一方面，由于天线分子的能级失配不对称偏置和/或引入移相的量子噪声，相消干涉减小，从而使传输效率大大提高到接近1。值得注意的是，在宽范围的非对称能级失配下可以实现接近1的效率。时间特性也在传输效率接近1的能级失配处被优化。我们讨论这些影响，特别是，芬娜-马修斯-奥尔森复杂。
2013-02-16 physics.bio-ph q-bio.BM quant-ph
Quantum simulator of an open quantum system using superconducting qubits: exciton transport in photosynthetic complexes
开放量子系统方法广泛应用于物理、化学和生物系统的描述。一个著名的例子是光合作用初始阶段的电子激发转移，其中收获的能量以非常高的效率转移到反应中心。这种传输受到结构化振动环境运动的影响，这使得在经典计算机上进行模拟非常困难。在这里，我们提出了一个模拟量子模拟器的复杂的开放系统动力学与精确设计的量子环境。我们的装置是基于超导电路，一种成熟的技术。作为一个例子，我们证明了它是可行的，以模拟激子运输的Fenna-Matthews-Olson光合复合体。我们的方法允许一个可控的单分子模拟和能量传递途径的调查，以及非马尔可夫噪声相关效应。
2012-03-20 quant-ph
Digital quantum simulation framework for energy transport in an open quantum system
在模拟量子模拟器上模拟了FMO复合体中的环境辅助量子输运（ENAQT）等量子效应。数字量子模拟提供了比模拟模拟更大的通用性和灵活性。然而，开放量子系统的数字量子模拟面临着理论上的挑战，人们不知道开发量子门运营商的连续时间主方程的解决方案。通过引入新的量子演化算符，给出了ENAQT的数字量子模拟的理论框架。我们开发的运营商的动力学方程，并证明它是一个主方程的解析解。作为一个例子，使用的动力学方程，我们模拟的FMO复杂的数字设置，再现的动力学的理论和实验证据。该框架给出了一个最佳的方法{量子线路}的实现，给出了一个对数减少的复杂性超过已知的方法。这个一般框架可以推广到研究其他开放量子系统。
2020-12-10 quant-ph
Structure-Dynamics Relation in Physically-Plausible Multi-Chromophore Systems
我们研究了大量的物理上合理的安排的发色团，通过一个计算方法，涉及随机实空间变换的自然发生的“参考”结构，说明我们的方法，使用研究良好的芬娜-马修斯-奥尔森复杂（FMO）。为了探索的想法，自然结构已被调整为有效的能量传输，我们使用原子跃迁电荷的方法来计算每个生成的结构和Lindblad主方程的激子耦合研究激子从一个“源”到一个“漏”的发色团的量子传输。我们发现结构和传输效率之间存在显着的相关性：高性能的结构往往更紧凑，其中，最好的结构显示出发色团的一定方向，特别是最接近源漏矢量的发色团。我们的结论是，受到合理的，物理动机的限制，FMO复杂的是高度协调的目的，能源运输，部分是通过利用这些结构图案。
2017-05-22 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Complex quantum network model of energy transfer in photosynthetic complexes
Fenna-Matthews-Olson（FMO）复合物中的激发能转移（EET）通常采用实变量量子网络模型来描述。本文将量子相位因子加入到跳变项中，发现量子相位因子在EET中起着重要的作用。量子相位因子允许我们考虑颜料的空间结构。结果发现，相位相干内的复合物将允许量子干涉影响的EET的动力学。存在一些最佳相位区，在这些相位区中，激子的传输效率达到最大值，这表明当颜料的间距达到最佳值时，激子可以以理想的效率通过FMO。最佳相区几乎不随环境变化而变化。此外，我们发现相位因子在EET中仅在多径的情况下是有用的。因此，我们证明，量子相位可能会带来其他两个因素，最佳空间的色素和多途径，共同贡献的EET在光合复合体具有完美的效率。
2012-12-30 physics.bio-ph q-bio.MN quant-ph
Exact Classicalization of N-Level Quantum Systems Interacting with a Bath: Theory and Applications
本文提出一种精确经典化N能级量子系统与经典浴相互作用的五步算法，利用复射影空间几何和Langevin形式推广Caldeira-Legget模型，并在两量子比特和FMO复合物上验证了其有效性。
2025-09-12 quant-ph
Coherence and Decoherence in Biological Systems: Principles of Noise Assisted Transport and the Origin of Long-lived Coherences
随着在不同的光合复合物中发现长寿命的凝聚态，噪声环境中的运输网络的量子动力学最近重新受到关注。这些实验证据提出了两个基本问题：首先，支持长寿命相干性的机制是什么？其次，我们如何评估噪声和量子相干性的相互作用在生物系统看似最佳的运行中可能发挥的功能作用？自然条件下？在这里，我们回顾了最近的结果，照亮他们在两个范式系统，芬娜-马修-奥尔森（FMO）复杂和捕光复杂LHII的手，并提出这两个问题的新进展。特别是，我们介绍了声子天线的概念，并讨论了可能的微观起源或长寿命的电子相干。
2012-03-15 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
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
Environment-Assisted Quantum Walks in Photosynthetic Energy Transfer
光合系统中的能量传递可以表现出量子效应，例如离域激子传递。最近，对于Fenna-Matthews-Olson（FMO）蛋白质复合物的动力学，已经通过实验证明了长寿命相干性的直接证据[Engel et al.，Nature 446，782（2007）]。然而，量子动力学过程与激子转移效率的相关性在很大程度上是未知的。在这里，我们开发了一个理论框架，用于研究量子干涉效应在分子阵列与Lindblad形式主义内的热浴相互作用的能量传递动力学中的作用。为此，我们推广连续时间量子行走的非幺正和温度依赖的动力学刘维空间来自微观哈密顿。通过能量转移效率及其敏感性的普适度量，探讨了相干和退相干过程的不同物理效应。特别是，我们证明了FMO复杂的自由哈密顿量和热波动的环境之间的有效相互作用导致能量转移效率从约70%大幅增加到99%。
2008-10-14 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Analysis of energy transfer in quantum networks using kinetic network approximations
通过将量子网络映射为动力学网络，研究了色素-蛋白质复合物中的相干能量转移。这给出了一种分析方法来找到最佳传输效率的参数值。在Fenna-Matthews-Olson（FMO）络合物的情况下，量子网络演化和动力学网络演化的比较表明，退相辅助的能量转移是由两个位点的相干相互作用驱动的，而不是系统范围的相干。使用舒尔补，我们找到了一个新的动力学网络，通过包括所有的多站点相干贡献，提供了一个更接近的量子网络。我们的新网络近似可以扩展为一个系列，其贡献代表不同数量的连贯交互站点。对于这两个动力学网络，我们研究了系统的弛豫时间，它所需要的时间为整个复杂的激发传播。在比较动力学网络和量子网络时，我们对弛豫时间进行了严格的数学估计。数值模拟比较了相干模型和两种动力学网络模型，证实了我们的边界，并表明新的动力学网络近似的相对误差小了几个数量级。关键词：激子转移，量子效率，动力学网络，FMO，相干能量转移，量子网络，舒尔补。
2012-01-27 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Clustered Geometries Exploiting Quantum Coherence Effects for Efficient Energy Transfer in Light Harvesting
阐明光合作用中有效能量转移的量子相干性效应和几何因素有可能揭示先进有机材料的非经典设计原理。我们研究了线性捕光模型中的能量转移，揭示了供体和受体对中具有强电子相干性的二聚几何结构具有显着提高的效率，这与经典Förster理论的预测形成鲜明对比。我们发现，由于光激发的相干离域的能量调谐是主要负责效率优化。这种相干辅助的能量调谐机制也解释了广泛研究的Fenna-Matthews-Olson复合体中的能量学和叶绿素排列。我们认为，一个集群网络与快速的能量弛豫之间的施主和共振能量转移从施主到受体状态提供了一个基本公式，为构建高效的光捕获系统，这里揭示的一般原则可以推广到更大的系统，有利于未来的创新高效的分子光捕获材料。
2013-07-22 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph physics.chem-ph
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
Simulating Photosynthetic Energy Transport on a Photonic Network
本研究通过精确控制三维波导阵列的倏逝耦合和随机动力学调制，在光子网络上完整模拟了FMO复合物的能量传输，并实验验证了特定退相干强度下存在最优传输效率，为研究环境辅助量子传输提供了窗口。
2023-11-03 physics.bio-ph 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
Exact generator and its high order expansions in the time-convolutionless generalized master equation: Applications to the spin-boson model and exictation energy transfer
无时间卷积（TCL）量子主方程提供了一个强有力的工具来模拟量子系统耦合到一个浴缸的约化动力学。TCL主方程中的关键量是所谓的核或生成元，它描述了浴自由度的影响。由于精确的TCL生成元通常很难解析计算，TCL广义主方程的大多数应用都依赖于使用二阶和四阶微扰展开的近似生成元。利用分层运动方程（HEOM）和扩展的HEOM方法，提出了一种计算精确TCL生成元及其高阶微扰展开式的新方法。将新方法应用于不同参数的自旋玻色子模型，研究了TCL生成元高阶展开式的收敛性。我们还讨论了确切的TCL发电机成为奇异的自旋玻色子模型的情况下，和一个模型的激发能转移的Fenna-Matthews-Olson复杂。
2018-08-03 quant-ph
Multi-Layer Multi-Configuration Time-Dependent Hartree (ML-MCTDH) Approach to the Correlated Exciton-Vibrational Dynamics in the FMO Complex
研究了Fenna-Matthews-Olson（FMO）复合物的高维模型激子和振动自由度的耦合量子动力学。这包括一个7和一个8网站模型与518和592谐波振动模式，分别。本地电子跃迁和振动之间的耦合描述内的黄-里斯模型使用的参数，通过离散化的实验谱密度。不同途径的激发能流进行了分析方面的减少一激子密度矩阵，侧重于振动和振动激发的作用。观察到由于振动和激子运动和振动辅助转移的竞争时间尺度的独特功能。初始状态准备的效果的问题是通过比较的情况下，在一个单一的网站与激光场激发的瞬时Franck-Condon激发。
2016-05-11 physics.chem-ph quant-ph
Generalized quantum master equation from memory kernel coupling theory
Westlake University（西湖大学）；Westlake Institute for Advanced Study（西湖高等研究院）
提出张量扩展的记忆核耦合理论（MKCT），通过将标量形式提升为张量框架，高效计算开放量子系统的非马尔可夫动力学，包括期望值、关联函数，并在自旋-玻色子模型、Fenna-Matthews-Olson复合物和晶格模型中验证了其准确性和效率。
2026-03-02 physics.chem-ph quant-ph
