量子生物学能揭示生命的巨大奥秘吗?( 六 )


其他研究人员也强调,无论理论机制是否获得实验支撑,量子生物学的推测本身也是有价值的 。 理论物理学家和量子计算研究员Adriana Marais说:“随着技术的小型化,我们在生物世界中拥有丰富的信息,可以从中汲取灵感 。 这是一个探究生命是什么的绝佳机会,同时也是吸取经验以最优方式在微型尺度上设计生理过程的绝佳机会 。 ”
量子生物学在现实世界的应用包括从更高效的太阳能电池到新型生物传感器技术 。 去年,一个小组提出了一项部分基于嗅觉量子理论的“仿生鼻子”设计,用以检测微量浓度的气味剂 。 Hore和其他人强调,可能解释磁感知现象的自由基对机制或许可以应用于探测弱磁场的装置 。
Ritz说:“我们可以利用获得的信息来设计基于这些原则的系统,即使事实证明这不是鸟类的功能机理 。 ”
词汇表:量子术语
旋转的原子和亚原子所处的粒子尺度的世界受量子力学概率规则的支配 。 对于生活在通常由经典物理学描述的世界里的生物体来说,量子世界常常产生看似反直觉的效应 。 这些效应已经用于多种技术应用当中,量子现象在几种生物系统中的可能作用目前也正在探索当中 。
纠缠:如果两个粒子的状态相互依存,则被称为是量子纠缠的,无论两者之间的距离有多远 。 在纠缠的经典例子中,如果测量两个纠缠态电子,则它们有着相反的自旋方向 。
重要应用:量子计算,量子密码学
代表研究:光合作用,磁感知,人类意识
量子比特:这些信息单位是标准二进制数字或位元的量子等价物 。 虽然一个比特可以处于0或1的状态,但是量子比特可以同时具有多重状态,并且可以与其他量子比特产生纠缠,以执行并行计算 。 量子比特可以编码在电子和其他亚原子粒子的自旋状态中 。
重要应用:量子计算
代表研究:人类意识
隧穿效应:量子尺度的粒子具有波动性,并且其在任何时刻的确切位置都可由概率波函数来描述 。 结果就是,诸如电子这样的粒子能以一定概率越过(或隧穿)看似不可穿透的能量势垒 。
重要应用:热核聚变,扫描隧道显微镜
代表研究:酶催化,光合作用,嗅觉,DNA突变
相干性:因为量子物体可以表现出波动性,当处于特定的节奏时,它们之间可以表现出被称为相干性的波的性质 。 量子相干性是量子物理学家观察到的多种效应的基础,包括纠缠,以及表现为量子节拍的干涉图案 。 传统上认为,在环境温度下的分子跃动中,相干性的丧失会很快发生 。
重要应用:激光,超导体,量子计算
代表研究:光合作用,磁感知,视觉,呼吸
参考文献
1.D. Coles et al., “A nanophotonic structure containing living photosynthetic bacteria,” Small, doi:10.1002/smll.201701777, 2017.
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