光合作用系统中光激发的高效传输与激发态之间相干与纠缠的关系研究

光合作用系统donor与acceptor之间的纠缠以及它们激发态之间的相干叠加是否提高donor与acceptor之间的能量传输效率是一个尚未解开的迷。该问题关系到对光合作用系统能量传输机理的理解，因此与之相关的理论研究是人类学习模仿光合作用系统能量高效利用的重要基础性工作。业已证明，用传统的Forster-Dexter理论很难澄清这一问题。我们近年来的研究表明，利用以激子为基础的量子力学微观模型，借助数值路径积分与激光光谱提供的信息，有望对解决这一问题有所突破。本项目将通过寻找相关的实验报道数据确立有关光合作用系统donor-acceptor能量传输的微观动力学模型，同时通过甄别这些系统的激光光谱信号设计合理的描述环境的热库噪声谱密度函数。在此基础上探讨donor与acceptor之间的纠缠以及其激发态之间的相干性对光合作用系统生色团之间能量传输的影响，为理解光合作用能量传输机理做贡献。

1）用数值路径积分技术，理论上研究了分子间能量传输效率与分子所处环境的关系。首次理论上预言蛋白质环境的non-Markovian效应能够大大提高光合作用系统中分子间的能量传输效率，而相干性主要是延长能量传输的时间。2）创建了一套用量子Langevin方程与段路明连续变量纠缠判据探测量子耗散系统纠缠度的理论方法。并用此方法首次研究了著名的生物分子能量传输的Davydov-Scott模型中amide-I与amide-site之间的纠缠。研究结果显示，常温下amide-I与amide-site之间存在近400飞秒的纠缠时间。3）研究了一些生物类物质在噪声环境下能量传输过程的统计行为。获得生物系统在某些条件下的可能产生弱遍历性破缺。4）发展了数值路径积分计算激子二维高阶非线性激光谱的算法。发展了部分Markovian近似研究激子二维高阶非线性激光谱与级联主方程方法计算激子二维高阶非线性激光谱的算法。并对这些算法进行了比较。同时用这些方法研究了相干等量子效应对一些光合作用系统能量传输的影响。