Role of CISS in the Radical Pair Model of Avian Magnetoreception
本文研究手性诱导自旋选择性（CISS）对鸟类磁感应自由基对模型的影响，发现CISS能成倍提升鸟类罗盘灵敏度并抵消偶极相互作用的有害影响，使模型在保持高灵敏度下具备更现实的反应速率，但未能找到同时满足功能窗口与CISS的参数集。
2022-08-31 physics.bio-ph quant-ph
Robustness of the avian compass function described by radical pair model against biomagnetic noise
本文基于Lindblad主方程建立含环境磁噪声的模型，研究自由基对模型描述的鸟类指南针功能，发现其对生物磁范围内的热噪声具有鲁棒性，但会被数百至数千μT的强环境磁噪声显著破坏。
2025-03-11 physics.bio-ph quant-ph
Decoherence in the chemical compass: The role of decoherence for avian magnetoreception
与通常认为退相干破坏量子特性并导致量子到经典跃迁的观点相反，我们认为退相干也可以在驱动量子动力学并将其结果放大到宏观尺度方面发挥建设性作用。我们支持这一观点，提出了一个例子系统自旋化学，这也是生物系统的重要性，例如在鸟类磁感受。
2012-08-23 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.hist-ph
Quantum dynamics of the avian compass
候鸟相对于地球磁场定向的能力被认为涉及一个自由基电子对的两个自旋态的相干叠加。然而，在面对与细胞环境的强相互作用时，这种一致性能够保持的机制仍然不清楚。这封信解决了由于与自旋1/2核浴超精细相互作用而引起的两个电子自旋之间的退相干问题。的径向对密度矩阵的动力学推导和示出产生一个简单的机制，用于感测磁场方向。退相和退相干率从头计算，并发现产生毫秒的相干时间，与行为实验一致。
2014-09-19 physics.atom-ph physics.bio-ph quant-ph
On the functional window of the avian compass
功能窗是鸟类罗盘的一个实验观察到的特性，指的是它对地磁场强度的选择性。我们表明，自由基对模型，使用生物学上可行的超精细参数，可以定性地解释从行为实验观察到的鸟类罗盘的显着特点：其功能窗口，以及特定频率的RF场的罗盘行动的中断。此外，我们表明，超精细参数的调整可以调整功能窗口，这表明了一个可能的机制，其所观察到的适应性字段的变化。虽然这些提供了强有力的支持，以自由基对模型，我们发现它不可能定量地解释观察到的宽度的功能窗口在这个模型中，甚至与简单的扩增。这表明，这个模型可能需要更深层次的推广;我们推测，环境耦合可能在这里发挥了微妙的作用，还没有被准确地捕捉。最后，我们研究了一个可能的生物学目的的功能窗口，假设进化的好处，从自由基对磁感受，我们推测，功能窗口仅仅是一个推论，并没有带来额外的优势。
2017-02-11 physics.bio-ph
Estimating the HF coupling parameters of the avian compass by comprehensively considering the available experimental results
候鸟可以通过广泛接受的自由基对机制利用地磁场进行定向和导航。虽然人们做了大量的理论工作，但对已有的实验结果没有充分考虑，特别是在磁场增加30%的情况下产生的暂时性定向误差和$15nT$的极弱共振场引起的定向误差。本文将单重态屈服角分布的单调性作为方向灵敏性的前提，发现对于某些超精细耦合参数的最佳值，即$10^{-7}\sim10^{-6}meV$阶，可以满足现有的实验结果。我们还研究了两种退相干环境的影响，并表明，为了满足现有的实验结果，退相干率应远低于复合率。最后研究了起伏磁场噪声的影响，发现垂直磁场噪声完全破坏了剖面的单调性，而平行磁场噪声则完全保持了剖面的单调性，甚至可以增强剖面的方向灵敏度。
2013-09-14 physics.bio-ph quant-ph
Multi-Radical Lipkin-Meshkov-Glick Model for Avian Navigation
鸟类的导航机制是全球科学家关注的重要问题。最著名的候选者之一是自由基对机制（RPM），它表明鸟类导航是通过检测化学反应产物的量来实现的，这些反应对单重态和三重态自旋态表现出不同的性质。在此理论基础上，我们通过改变磁场的耦合强度和方向，探讨了单重态复合产物的数量。我们的模型中的自由基对与Lipkin-Meshkov-Glick（LMG）浴耦合，在量子相变（QPT）点得到了有吸引力的结果，特别是当磁场与自由基对的初始方向平行时.根据本文提出的一种方法，我们找到了导航能力最弱的QPT点。当磁场垂直于自由基对和浴槽所在的平面时，我们在哈密顿量中找到了不变子空间，这将大大加快我们的计算速度。研究结果有助于探索人工鸟导航的设计原理。
2022-03-01 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Entanglement and Sources of Magnetic Anisotropy in Radical Pair-Based Avian Magnetoreceptors
候鸟磁感应的主要模型之一是依赖于眼睛隐花色素蛋白中光化学产生的瞬态自由基对的量子自旋动力学。我们认为在这里的作用，电子自旋纠缠和相干性，在确定的灵敏度，一个激进的对基于地磁罗盘和起源的方向响应。它出现的各向异性的自由基对形成的自旋极化的分子三重态可以形成一个更敏感的罗盘传感器比一个建立在传统的超精细各向异性模型的基础。这一特性为设计生物灵感的磁罗盘传感器提供了新的和更灵活的机会。
2012-06-26 physics.bio-ph physics.chem-ph
Avian magnetoreception model realized by coupling magnetite-based mechanism with radical-pair-based mechanism
许多动物已被证实利用地磁场导航，但磁感受的生物物理机制仍然是个谜。本文提出了一个特殊的生物物理模型，包括磁铁矿为基础的和自由基对为基础的机制，鸟类磁感受。磁性粒子周围的合成磁场的幅度对应于地磁场方向，并影响自由基对反应中单重态/三重态产物的产率。因此，在所提出的模型中，单重态/三重态产物产额与用于定向检测的地磁场信息有关。分析了两种不同磁性材料在不同地磁场方向下的合成磁场。结果表明，生物体内的铁磁性颗粒比超顺磁性颗粒能提供更显著的单重态产物变化，当磁性颗粒为铁磁性材料时，单重态产物在地磁场中随夹角变化的周期约为180°，与鸟类磁罗盘的实验结果一致。此外，单重态产物在接收平面的计算结果表明，该模型可以解释鸟类的磁接收机制与倾斜罗盘。
2012-04-25 physics.bio-ph
The sensitivity of a radical pair compass magnetoreceptor can be significantly amplified by radical scavengers
鸟类具有从地球磁场中获取导航信息的非凡能力。这种罗盘感的主要检测机制尚不确定，但似乎涉及隐花色素蛋白质中瞬时形成的自由基对的量子自旋动力学。我们在这里提出了一个新版本的当前模型中，自旋选择性重组的自由基对是不必要的。两个自由基之一被想象为通过自旋选择性电子转移与顺磁性清除剂反应。通过模拟隐花素激发的自由基对的自旋动力学，我们表明，新方案提供了两个明确的和重要的好处。对50 μT磁场的敏感性大大增强，并且与当前模型不同，磁感受器蛋白中的自由基可以相距超过2 nm。后者意味着具有色氨酸电子供体的四分体（而不是三分体）的动物隐花色素仍然可以被期望作为磁罗盘传感器。解除对自旋选择性复合反应速率的限制也意味着，通过将自由基放置得比当前模型中更远，可以最小化自由基间交换和偶极相互作用的有害影响。
2017-09-15 physics.bio-ph quant-ph
Quantum coherence and sensitivity of avian magnetoreception
候鸟和其他物种有能力通过感应地磁场来导航。最近的实验表明，导航中的基本过程发生在鸟瞰中，并使用涉及具有未成对电子自旋（自由基对）的分子离子的化学反应。传感是通过依赖地磁的未成对电子自旋动力学来实现的。在这里，我们利用欧洲知更鸟进行的两个行为实验的结果认为，自由基对的平均寿命时间是微秒的顺序，因此同意与实验估计的参数隐花色素-色素被认为是形成自由基对。我们还发现了一个合理的参数制度的灵敏度的鸟类罗盘增强环境噪声，显示长的相干时间是不需要的导航，甚至可能破坏它。
2012-05-31 cond-mat.other physics.bio-ph quant-ph
On the optimality of the radical-pair quantum compass
University of Exeter（埃克塞特大学）
研究通过比较 radical-pair 重组产率方向依赖性与量子测量在稳态条件下的极限精度，探讨生物环境中量子指南针的最优性及改进潜力。
2024-01-05 physics.bio-ph quant-ph
Robust signals from a quantum-based magnetic compass sensor
一种基于量子的磁罗盘传感器，通过自由基对反应介导，已被建议作为候鸟从地磁场接收方向信息的感觉能力的基础。在这里，我们扩展了目前可用的模型，考虑在核自旋环境中的缓慢波动的影响方向信号。我们定量评估的鲁棒性的信号波动的时间尺度上长于一个自由基对的寿命，利用两种模型的自由基对。我们的研究结果表明，设计原则，建立一个径向对罗盘传感器，是强大的和高度的方向敏感。
2013-09-24 physics.bio-ph q-bio.BM quant-ph
Comment on "Quantum Coherence and Sensitivity of Avian Magnetoreception"
在最近的一封信[物理。109，110502（2012），arXiv：1204.6528]，Bandyopadhyay，Paterek和Kaszlikowski报告了他们对鸟类磁感受中涉及的自由基对中的自旋相干时间的分析，得出结论为微秒量级。然而，错误的数值计算加上从实验来源得出的不正确参数的组合导致作者低估了两个数量级。因此，必须推翻作者的结论，即时间尺度与隐花色素的实验一致。
2013-05-01 cond-mat.other physics.bio-ph quant-ph
Comment on "Quantum Control and Entanglement in a Chemical Compass"
在这篇评论中，我们表明，鸟罗盘纠缠的考虑，蔡，G。G. Guerreschi和H. J. Briegel（Phys. Rev. Lett. 104，220502（2010））导致对该生物化学传感器的磁灵敏度的非物理预测。从一系列关于精确测量和标准量子极限的详细推导的论文中可以看出，不考虑退相干会导致对纠缠寿命的高估，这就是手头的情况。作者错误地假设纠缠寿命与反应时间（复合速率的倒数）无关，因此大大高估了纠缠寿命。这是因为自旋相干寿命受到反应时间的限制，纠缠寿命不能再长。
2011-02-19 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Quantum Zeno Effect in Radical-Ion-Pair Recombination Reactions
自由基-离子对普遍存在于从光合作用到鸟类磁导航的磁敏感化学反应等广泛的生物化学反应中。我们在这里表明，自由基离子对的电荷复合是一个连续的量子测量过程，询问对的自旋状态。这自然导致了量子芝诺效应的出现，解释了大量关于异常长寿命自由基离子对的数据。
2008-08-18 physics.bio-ph q-bio.BM quant-ph
A Proposal for an Electron-Transfer Mechanism of Avian Magnetoreception
尽管多年的研究，鸟类磁感受的机制仍然是一个谜，由于其似乎无法克服的复杂性。最近，Xie及其同事提出，由于测量到的内在铁磁性，IscA 1可以充当蛋白质生物罗盘，因此将其命名为MagR。然而，迈斯特的计算表明，IscA 1的磁矩与地球磁场的相互作用能比室温下的热涨落小五个量级。另一个长期被提出的罗盘蛋白是隐花色素（Cry），其机制是形成单线态-三线态自由基对。然而，这种感觉机制仍然没有可推断的信息传递途径。我们提出了一种磁感受机制，涉及Cry和IscA 1蛋白，通过该机制，光诱导电子被转运到氧化还原调节的离子通道，以引起神经元的反应。的Cry-IscA 1复合物，使其适合于远程电子转移的结构特征进行了讨论，并描述了如何磁效应导致神经元的活动。
2017-05-01 physics.bio-ph q-bio.NC
Magnetic Sensitivity and Entanglement Dynamics of the Chemical Compass
提出了一种基于生物化学反应的新型磁强计的磁灵敏度的量子极限。自由基离子对反应，生化系统的化学罗盘，提供了一个新的和独特的物理实现的磁场传感器竞争现代原子或凝聚态物质磁强计。我们详细说明了该传感器的量子相干性和纠缠动力学，表明它们提供了物理基础，用于测试我们对自由基离子对反应的基本量子动力学的理解。
2012-07-25 physics.atom-ph physics.bio-ph physics.chem-ph
Lamb shift in radical-ion pairs produces a singlet-triplet energy splitting in photosynthetic reaction centers
自由基离子对是理解光合作用和鸟类磁罗盘的基础，最近被证明是生物开放量子系统。我们在这里表明，耦合的自由度的自由基对它的消肩振动水库导致移动的自由基对的磁能级。兰姆位移哈密顿量在单重态-三重态基础上是对角的，并且导致单重态-三重态能量分裂在物理上与交换相互作用不可区分。这可能对理解光合作用反应中心的能级结构和动力学具有重要意义。
2014-09-28 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Sensitive Chemical Compass Assisted by Quantum Criticality
这种基于自由基对的化学反应可以被鸟类用于通过地磁方向进行导航。其内在的物理机制是自由基对从单重态到三重态的量子相干跃迁能够响应于弱磁场，并对磁场的方向敏感，从而在鸟类眼睛中产生不同的待感知色素。本文基于自由基对中两个电子所处环境的量子相变，提出了一种用于弱磁场超灵敏探测的量子仿生装置。我们证明了通过从单重态复合的化学产物的产率是由具有相互作用的核自旋的环境的Loschirton回声决定的。因此，环境的量子临界性可以提高弱磁场探测的灵敏度。
2011-05-12 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph quant-ph
Retrodictive derivation of the radical-ion-pair master equation and Monte-Carlo simulation with single-molecule quantum trajectories
自由基离子对反应，在光合作用和鸟类的磁罗盘机制的中心，最近被证明是一个范例系统，应用量子信息科学在生物化学设置。描述自由基离子对反应的基本量子主方程仍在争论中。在这里，我们使用量子追溯来产生在Phys. Rev. E { \bf 83}，056118（2011）中提出的理论的严格改进。我们还提供了一个严格的分析所需的单重态-三重态的相干性的措施，以获得自由基对主方程。单分子量子轨道的蒙特卡罗模拟支持我们的方法的自洽性。
2014-10-24 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Radical-pair model of magnetoreception with spin-orbit coupling
候鸟利用地磁场确定自己方位的机制在许多物种中仍然是一个谜。自由基对机制，其中非常弱的磁场可以影响某些类型的自旋相关的化学反应，导致生物学上可观察到的信号，最近强加自己作为某些物种的最有前途的候选人之一。这要归功于它的极端敏感性和再现行为研究结果的能力。尽管如此，为了获得方向灵敏度，仍然需要各向异性机制。最近的提议探索了这种各向异性是由于电子-核超精细相互作用的可能性。在这项工作中，我们探索了一种不同的可能性，其中各向异性是由于电子自旋和它的角动量之间的自旋轨道耦合。我们将展示基于自旋轨道耦合的磁罗盘如何具有与通常研究的基于核超精细的机制相当的性能。因此，我们的研究结果可以帮助研究人员积极寻找可能具有磁感受功能的候选生物分子，既可以描述鸟类的磁感受，也可以开发人工化学罗盘系统。
2013-09-17 physics.bio-ph quant-ph
Entangled radicals may explain lithium effects on hyperactivity
已知双相情感障碍及其锂治疗涉及氧化应激的调节。此外，已经观察到锂的效应是同位素依赖性的。基于这些发现，在这里，我们提出，锂发挥其影响，通过影响天然存在的自由基对涉及氧的重组动力学。我们开发了一个简单的模型，灵感来自隐花色素的自由基对机制的背景下，鸟类磁感受和氙诱导麻醉。我们的模型再现了观察到的同位素依赖锂治疗大鼠多动症。它预测了磁场对锂的有效性的依赖性，这为我们的假设提供了一个潜在的实验测试。我们的发现表明，大自然可能利用量子纠缠来进行大脑的认知过程。
2021-03-19 physics.bio-ph q-bio.NC quant-ph
Quantum Zeno Effect Explains Magnetic-Sensitive Radical-Ion-Pair Reactions
涉及自由基离子对的化学反应在生物学中无处不在，因为它们不仅是光合反应链的基础，而且被认为是鸟类导航所使用的生物化学磁罗盘的基础。最近的实验与磁敏感的自由基离子对反应提供了强有力的证据，自由基离子对磁感受机制，验证预期的磁灵敏度和化学产品的产量变化。这里表明，自70年代以来使用的自由基离子对反应的理论描述不能解释观察到的数据，因为它是基于掩盖量子相干性效应的唯象方程。从基本的量子测量理论考虑，这里导出的基本密度矩阵方程自然地包含了量子芝诺效应，并很容易解释最近的实验观察低和高磁场自由基离子对反应。
2009-08-13 physics.bio-ph q-bio.BM quant-ph
The puzzle of magnetic resonance effect on the magnetic compass of migratory birds
利用磁共振原理分析了射频磁场对候鸟磁罗盘定向的影响。这些实验的结果较早解释内的径向对模型的磁感受。然而，一致的分析表明，所使用的RF场的幅度太小，不能显著影响有机自由基中的电子自旋。其他可能的代理人，可以调解鸟类的反应，射频场进行了讨论，但显然没有已知的物理系统可以负责这种效果。
2008-08-18 cond-mat.other physics.bio-ph
Radical pairs may play a role in xenon-induced general anesthesia
了解全身麻醉的机制将是了解意识的关键一步。氙诱导的全身麻醉过程已被证明涉及电子转移，氙作为全身麻醉剂的效力表现出同位素依赖性。我们建议，这些意见可以解释的机制，其中氙核自旋影响的重组动力学的一个自然发生的自由基对电子。我们开发了一个简单的模型，灵感来自身体的工作的自由基对机制隐花色素的上下文中的鸟类磁感受，我们表明，我们的模型可以重现所观察到的同位素依赖性的氙在小鼠中的全身麻醉效力。我们的研究结果与具有纠缠自旋的自由电子对对意识可能很重要的想法一致。
2021-03-18 physics.bio-ph q-bio.NC quant-ph
The rationality of radical pair mechanism in real biological systems
本文比较了RPM模型与Ramsey-like模型在实验室和体内条件下的表现，发现RPM在信息不可用时更具实用性，但精度较低。
2025-11-25 physics.bio-ph quant-ph
The radical-pair mechanism as a paradigm for the emerging science of quantum biology
自由基对机制是在20世纪60年代引入的，用于解释有机分子化学反应中巨大的EPR和NMR信号。它已经发展成为自旋化学的基石，研究电子和核自旋对化学反应的影响，鸟类磁罗盘机制和光合反应中心动力学是这种影响的突出生物物理表现。近年来，自由基对机制被证明是一个理想的生物系统，量子信息科学的概念工具可以卓有成效地应用。我们将在这里回顾最近的工作，证明自由基对机制确实是量子生物学新兴领域的主要驱动力。
2016-01-01 physics.atom-ph physics.bio-ph physics.chem-ph
Quantum Information Processing in the Radical-Pair Mechanism: Haberkorn theory violates the Ozawa entropy bound
自由基离子对反应是理解鸟类磁罗盘和光合反应中心自旋传输的核心，最近被证明是量子信息科学与生物过程新合成的一个富有成效的范例。我们在这里表明，迄今为止构成自旋化学理论基础的主方程违反了量子系统熵的基本界限，特别是小泽界限。与此相反，最近发展的理论的基础上，量子测量，量子相干性措施，和量子追溯，从而举例说明量子生物学的范式，满足小泽界以及兰福德-罗宾逊界的信息提取。通过考虑Groenewold信息，即反应过程中提取的量子信息，我们重现了已知的磁场效应，并解开了反应产率未传达的其他磁场效应。
2017-02-23 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Chirality-bolstered quantum Zeno effect enhances radical pair-based magnetoreception
本文研究了手性诱导自旋选择性（CISS）对自由基对反应磁敏感性的影响，发现CISS诱导的自旋极化通过强化量子Zeno效应显著提升磁敏感性，而自旋相干性无此效果，表明CISS并非通用增强剂。
2025-05-02 physics.bio-ph quant-ph
Monte-Carlo wavefunction approach for the spin dynamics of recombining radicals
我们采用蒙特卡罗波函数（MCWF）方法来处理自由基对自旋选择性复合反应的开放系统自旋动力学。对于这些系统，非Lindbladian主方程被广泛采用，其通过非保迹Haberkorn超算子结合反应依赖的交换和单重态-三重态退相项来解释重组。我们表明，这种类型的主方程可以容纳在MCWF的方法，通过引入第二种类型的量子跳跃，占简单地通过适当终止传播的反应。通过这种方式，我们能够评估到目前为止一直被认为是不可治疗的主方程方法的系统的依赖于时间的自由基对生存概率的近似解。我们阐述了建议的方法与计算的自由基对反应，已被认为是相关的量子罗盘的鸟类和相关现象。
2020-05-12 physics.bio-ph quant-ph
The arrangement of anisotropic spin couplings can optimize sensitivity of the cryptochrome radical pair to the direction of geomagnetic field
Max Planck Institute for Medical Research（马克斯·普朗克医学研究所）；Lomonosov Moscow State University（莫斯科罗蒙诺索夫国立大学）
该研究通过优化隐色素自由基中各向异性自旋耦合的排列，提升了对地磁场方向的检测灵敏度。
2026-02-10 physics.bio-ph quant-ph
Optical switching of radical pair conformation enhances magnetic sensitivity
磁场对涉及中间自由基对的化学反应的产率的影响远远超出了从能量考虑所预期的水平。这种依赖性可以追溯到电子自旋的微观动力学，并构成了化学罗盘的基础。在这里，我们提出了一种新的实验方法的基础上，分子光开关，以实现额外的控制化学反应，并允许短时间的自旋动力学分辨率。我们的建议使实验能够测试一些标准假设的径向对模型，并提高了两个数量级的灵敏度的化学磁力计。
2012-06-05 physics.bio-ph q-bio.BM quant-ph
Magnetic isotope effects: a potential testing ground for quantum biology
生物学中对磁感应的一种可能的解释，如鸟类的磁感受，是基于涉及自由基对的某些化学反应的自旋动力学。自由基对已被建议也发挥作用，麻醉，多动症，神经发生，生物钟节律，微管组装等，因此，它似乎至关重要的探测这些模型的可信度。一种方法是通过不同核自旋的同位素效应。在这里，我们简要地回顾了论文涉及自旋相关的同位素效应在生物学。我们认为研究同位素效应可能是量子生物学的一个有趣途径。
2023-01-18 physics.bio-ph physics.med-ph q-bio.BM
Identifying possible mechanism for quantum needle in chemical magnetoreception
本研究通过优化技术发现新型模型系统，显著增强量子针特征并放宽自由基对寿命要求，同时揭示地磁场附近的狭窄功能窗口，为化学磁感知中量子针的物理机制提供关键证据。
2024-01-29 physics.bio-ph quant-ph
Qiskit Quantum Circuits Posit Singlet state in Radical Pair-based Magnetoreception of Migratory Birds
本研究利用Qiskit量子电路模拟候鸟磁感知中的自由基对机制，通过四量子比特模型验证了单重态-三重态动力学，展示了量子计算在生物物理领域的应用潜力。
2025-04-23 physics.bio-ph quant-ph
Distinct Structural Dynamics of the Semiquinone State Define a Signalling Pathway in Avian Cryptochrome
Living Systems Institute, University of Exeter（埃克塞特大学生命系统研究所）；Department of Physics, University of Exeter（埃克塞特大学物理系）；Department of Biosciences, University of Exeter（埃克塞特大学生物学系）；Bristol Veterinary School, University of Bristol（布里斯托大学生物兽医学院）；Division of Genetics and Genome Biology, School of Biological and Biomedical Sciences, University of Leicester（莱斯特大学生物与生物医学科学学院遗传与基因组生物学分部）；Alan Turing Institute, British Library（阿兰·图灵研究院，英国图书馆）
研究通过HDX-MS揭示隐色素在光合作用中的构象变化，发现半醌具有独特的非单调构象特征，为动物导航提供结构信号机制。
2026-04-24 physics.bio-ph physics.chem-ph
Magnetic field effects in biology from the perspective of the radical pair mechanism
越来越多的研究表明，弱磁场可以显著影响各种生物系统，包括植物、动物和人类。然而，这些现象背后的基本机制仍然难以捉摸。值得注意的是，这些效应所涉及的磁能比热能小得多。在这里，我们回顾这些意见，其中现在有数百个，我们认为，一个可行的解释是由自由基对机制，其中涉及的量子动力学的电子和核自旋的自然发生的瞬态自由基分子。虽然自由基对机制已被详细研究的背景下，鸟类磁感受，这里回顾的研究表明，磁敏感性是广泛的整个生物学。我们回顾了磁场对各种生理功能的影响，并根据所施加的磁场的类型（即静态、弱磁和振荡磁场）以及同位素效应对这些功能进行了组织。然后，我们审查的自由基对机制作为一个潜在的统一模型所描述的磁场的影响，我们讨论了可能构成的自由基对的可能的候选分子。我们回顾了最近的研究提出，自由基对的量子性质提供了有希望的解释氙麻醉，锂对多动症的影响，磁场和锂对生物钟的影响，以及亚磁场对神经发生和微管组装的影响。最后，我们讨论了未来的调查线在这个令人兴奋的新领域的量子生物学有关的弱磁场效应。
2022-04-19 physics.bio-ph physics.chem-ph q-bio.NC
Quantum-limited biochemical magnetometers designed using the Fisher information and quantum reaction control
自由基-离子对及其反应引发了对生物系统中量子效应的研究。这是因为它们表现出了许多在量子信息科学中最好理解的效应，同时也是理解鸟类磁罗盘和光合反应中心自旋传输动力学的核心。在这里，我们从量子精密测量的角度来解决自由基对反应。由于自由基对的相干自旋运动受到外部磁场的影响，这些自旋相关的反应基本上实现了生物化学磁力计。利用量子费舍尔信息，我们找到了径向对磁强计磁灵敏度的基本量子极限。然后，我们探讨如何以及通常的测量方案考虑在自由基对反应，反应产率的测量，接近基本的限制。在这样做时，我们找到了最佳的超精细相互作用哈密顿量，导致最好的磁灵敏度从反应产率。这仍然比绝对量子极限小一个数量级。最后，我们证明了一个现实的量子反应控制提醒拉姆齐干涉，这里提出的量子线路涉及的自旋交换相互作用和最近提出的分子开关，我们可以接近的基本量子极限的一个因素2。这项工作开启了先进的量子精密测量方法在生物系统中的应用。
2016-11-27 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Introduction to modelling radical pair quantum spin dynamics with tensor networks
本文提出利用张量网络方法模拟自由基量子自旋动力学，以准确捕捉各向异性自旋动力学及核环境影响，为自旋生物学和磁感受机制提供新见解。
2025-11-27 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Quantum evolution: terrestrial fine-tuning of magnetic parameters
本文探讨人类多行星定居背景下，磁场等环境因素对生物系统的长期影响，提出自由基对机制作为弱磁场作用的可能量子生物学解释，并综述其研究进展。
2024-10-18 physics.bio-ph quant-ph
Radical pairs can explain magnetic field and lithium effects on the circadian clock
果蝇的生物钟会受到磁场和锂的干扰。隐花色素对生物钟至关重要。此外，隐花色素中的自由基对也可以解释动物的磁感受。基于一个简单的自由基对机制模型的动物磁罗盘，我们表明，磁场和锂可以影响自然发生的自由基对的自旋动力学，从而调制生物钟的节奏。使用一个简单的化学振荡器模型的生物钟，我们表明，自旋动力学的影响率的化学振荡器模型，这转化为在昼夜节律周期的变化。我们的模型可以重现两个独立的实验，磁场和锂对生物钟的影响的结果。我们的模型预测，更强的磁场会缩短时钟的周期。我们还预测，锂影响时钟的同位素依赖的方式。此外，我们的模型还预测，磁场和超精细相互作用调节氧化应激。这项工作的结果表明，量子性质和自由基对的纠缠可能在大脑中发挥作用，这是除了最近关于氙麻醉和锂对多动症影响的结果之外的另一个证据。
2021-07-21 physics.bio-ph physics.comp-ph physics.med-ph
Quantum Biology, Quantum Simulation and Quantum Coherent Devices
本文综述了量子生物学领域中光合作用与鸟类导航的量子相干研究进展，涵盖相关理论方法、量子模拟途径及量子相干器件研究，为人工系统能量传递与导航传感优化提供基础。
2025-11-18 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph quant-ph
Electron spin dynamics guide cell motility
本研究利用体外损伤模型发现细胞通过蓝光激活的电子自旋机制探测地磁场，并证实该光依赖性磁罗盘由钙调蛋白激活介导，从而引导细胞迁移。
2025-03-04 physics.bio-ph q-bio.CB quant-ph
