Распутывая квантовый клубок фотосинтеза

Фотосинтез - процесс конвертации зелеными растениями солнечного света в электрохимическую энергию, известный нам со школьной скамьи. Будущее индустрии зеленой солнечной энергии сегодня зиждется на этом, известном всякому школьнику, процессе. Ученые из университета Калифорнии (University of California), впервые наблюдали за процессом, который лежит в основе фотосинтеза, под названием квантовая сцепленность.

Предыдущие эксперименты, проводившиеся физикохимиком Грэхемом Флемингом (Graham Fleming), продемонстрировали, что квантово-механические эффекты, являются ключом к пониманию способности зеленых растений через фотосинтез, практически мгновенно перемещать энергию от молекул, собирающих солнечный свет, к молекулам системы электрохимических преобразований. Новая команда, в которую входит и Грэхем Флеминг, установила, что сцепленность является частью процессов фотосинтеза. Когда две частицы размером с квант, к примеру, пара электронов, "сцеплены", любое изменение одного, немедленно отобразится на другом, при этом не важно, насколько они удалены друг от друга. Хотя частицы физически находятся на удалении, они действуют как одно целое.

"Впервые было продемонстрировано, что сцепленность, является, пожалуй, самым ярким свойством квантово-механической системы, и присутствует во всей системе электро-химических преобразований", - рассказал Мохан Саровар (Mohan Sarovar), из университета Беркли (UC Berkeley), - "Хотя и до этого проводились исследования сцепленности на некоторых приближенных к реальности моделях, это первое исследование сцепленности на живых биологических системах".

Результаты этого исследования, найдут применение не только в развитии искусственных систем фотосинтеза, в области создания возобновляемых, безотходных источников электричества, но и в развитии квантовых технологий. Например, квантовые компьютеры могут выполнять некоторые операции в тысячи раз быстрее обычных компьютеров.

"Уроки, которые мы извлечем из квантовых аспектов сбора солнечного света в живой природе, могут быть применены в создании искусственных систем фотосинтеза, которые будут даже лучше природных", - заявил Саровар, - "Органические структуры систем сбора света и их синтетические аналоги, также могут сослужить службу в деле создания квантовых компьютеров или других квантовых устройств, таких как провода для передачи информации.

Самое значительный вклад, это исследование внесло, пожалуй, в разоблачение расхожего, в научном сообществе, мнения о якобы хрупкости квантового сцепления. Исследователи из Беркли продемонстрировали, что сцепление может устойчиво существовать в хаотичной среде биологических систем.

Саровар, совместно с Флэмингом, издали статью, описывающую это исследование в журнале Nature Physics, озаглавив ее "Квантовая сцепленность в фотосинтетических системах сбора света" (Quantum entanglement in photosynthetic light-harvesting complexes). Акихито Ишизаки (Akihito Ishizaki), является их соавтором и входит в исследовательскую группу Флеминга.

Зеленые растения и определенные бактерии способны перемещать собранную из света энергию через сеть пигментированных протеиновых комплексов с практически 100% эффективностью. Скорость - это ключ разгадки подобной эффективности, - перемещение солнечной энергии происходит настолько быстро, что на нагревание тратится очень мало энергии. В 2007 году, исследовательская группа Флеминга сообщила о первых фактических свидетельствах того, что подобная мгновенная передача энергии стала возможной благодаря удивительно долговечному, волноподобному квантовому сцеплению. Только наши информеры новостей расскажут о самых свежих новостях.

Оригинал (на англ. языке): Sciencedaily.com

• Крылья птиц и летучих мышей: разные пути эволюции
• Обнаружен неожиданно крупный вид древнего млекопитающего в Патагонии
• Путешествия мамонтов связаны с самыми ранними охотничьими лагерями Аляски
• Серые рифовые акулы меняют наши представления о том, как они дышат
• У Галапагосских островов обнаружили корраловый риф
• Обнаружено фильтрующее питание, подобное китовому, у доисторического морского рептилии
• Мини-кенгуру возвращаются в Южную Австралию после исчезновения на 100 лет
• Странная акула-демон с яркими белыми глазами обнаружена у берегов Австралии