光合作用中量子效应的理论研究

Recent experimental results show that long lived quantum coherences are present in various photosynthetic complexes. This has generated a lot of interest in understanding the role of quantum effects present in biological systems.The main motivation is to understand what the role of quantum effects may be exploited for the accomplishment of biological functions. In this project, we are going to carry out the following research: 1. Using quantum discord as the measure of quantum correlation, we investigate the quantum correlation in model systems and FMO complexes; 2. We will study the three-qubit entanglement in model systems and FMO complexes，respectively; 3. We will propose the experimental schemes to detect quantum etanglement in model systems and FMO complexes;4.Connecting the quantum effects in photosynthesis with the excitation energy transfer process，and we can further summarize some intrinsic relations between the quantum effects with the energy transfer in biological systems. The potential applications of our project in studying quantum effects in photosynthesis is to learn from nature and design highly efficient devices that can mimic biological systems in order to complete important tasks, such as collecting solor energy.

最近的实验结果表明在光合作用复合体中存在长时间的量子相干现象，这引起 了对生物系统中量子效应作用的研究热潮。其主要动机是理解量子效应在生物实现各种功能 的过程中扮演了什么样的作用。在本项目中我们打算进行如下研究：1 使用量子失协作为量 子关联的度量研究在模型系统和FMO 复合物系统中的量子关联；2 研究模型系统和FMO 复合物中的三比特量子纠缠；3 针对模型系统和FMO 复合物提出实验上可行的探测量子纠缠的方案；4 把光合作用中的量子效应和激子能量传输效率结合起来研究，进一步总结生物系统中表现的量子效应与能量传输效率的内在联系。研究光合作用中量子效应的潜在应用价值在于：通过向自然界学习来帮助我们设计更高效的仿生设备从而实现某些重要的任务，比如对太阳能的利用。

最近的实验结果表明在光合作用复合体中存在长时间的量子相干现象，这引起了对生物系统中量子效应作用的研究热潮。其主要动机是理解量子效应在生物实现各种功能的过程中扮演了什么样的作用。在本项目中我们主要进行如下研究：1. 使用几何量子失协作为量子关联的度量研究了模型系统中在局域退相位噪声影响下量子关联的动力学特性； 2.研究了三个分子与环境耦合的激子转移模型中的纠缠动力学。研究表明如果分子之间振动时量子纠缠可以进一步增强，这表明运动的效应可以在激子转移动力学过程中扮演积极的作用；3. 提出了模型系统中探测量子纠缠的方案，主要包括提出基于强测量的态直接探测方案和直接探测双光子偏振纠缠纯态和混态的方案； 4.利用连续的外界驱动场作用在分子上来模拟能量输入的过程并且重新定义了度量来刻画在多激发下能量从外界驱动场传输到反应中心的效率。主要研究了供体系统初始纠缠对于吸收和传输效率的影响；此外研究了环境振动模式对于吸收和传输效率的影响。以上研究能够帮助我们更好地理解生物系统如何在周围环境中获得量子相干和纠缠，也有可能对于未来研制出更能抵制退相干性的人工量子器件具有潜在的价值。