光合作用体系中的量子相干性和量子纠缠的研究

量子相干性是量子波动性的核心性质，最新的实验发现量子相干性存在于常温环境下光合作用体等生物体系中，并对光合作用过程中高效的能量传输起到了重要的作用，这一发现对通过量子力学了解和掌握生物过程、学习生物过程、并实现人工模拟生物过程意义重大。本项目旨在对光合作用等生物体中量子相干性、量子纠缠的存在形式、量子新效应、物理机制、以及它们对生物乃至生命过程的功能性作用展开研究，其中包括研究生物体系能够在常温等条件下产生并维持量子相干性、量子纠缠的基础物理问题，并探索在生物体系中实现量子信息存储、传输和计算的可能方案和有效途径。本项目的研究成果将对提高利用太阳能的效率、应对新能源问题和在生物体系中实现量子调控提供理论基础、有效的实现方法和途径。

在分子尺度揭示光合作用体系运行的物理机制，可以有效促进人造光合作用、特别是纳米尺度光能转化器件的研究进程。项目基于量子光学的方法，研究了光合作用二聚体、三聚体等典型分子体系中的量子相干、量子纠缠产生、演化及相关特性，并针对不同理论模型研究了色素分子或分子团间能量高效传输的量子机制。构建了一个用经典驱动的非平衡二能级量子谐振动的色素分子物理模型，这个模型可在不同温度下产生持续的量子纠缠；通过对两个色素分子团间能量传输的量子模型研究发现，真实光合作用捕光复合体系中分子团所包含的分子数量是实现高效的最经济参数；研究了二聚体分子在超宽时域脉冲作用下吸收并传输能量的物理过程，分析了量子相干、量子纠缠随脉冲时域形状的改变；建立并系统研究了分子集体振动辅助大失谐分子体系间能量高效传输的物理机制；研究了量子相干对色素分子能量传输效率、分子开关、分子马达等问题。