科技日报记者 夏凡 通讯员 邵一鸣
记者9月17日获悉，宁波大学物理科学与技术学院段红光、郑福禄教授团队联合多伦多大学和牛津大学等，在量子生物学领域首次明确了天然光合蛋白中长寿命量子振荡的真正来源，为理解自然光捕获体系中的量子效应提供了依据。相关成果发表在国际期刊《科学进展》上。
在微观世界中，量子相干描述的是叠加态中不同组成部分之间保持的固定相位关系，是量子计算等众多量子技术不可或缺的核心“燃料”。但在光合蛋白中，量子相干能否长寿命和真正影响光合作用，始终是量子生物学领域最具争议的核心话题。作为蓝藻和红藻中负责能量传输的核心“快递员”，别藻蓝蛋白（APC）被视为检验振动共振能否稳定量子相干的理想模型。然而，传统的实验手段难以探明长寿命振荡的真正源头。
对此，研究团队采用超快光谱手段，在零下263摄氏度（10K）、零下193摄氏度（80K）和室温（300K）三种温度下，分别利用二维电子光谱和瞬态光栅光谱对APC进行超快测量。随后，团队将电子退相干、激子布居转移和振动相干三种信号的时间尺度逐一拆解对比。结果显示，电子量子相干在室温下仅“存活”约20飞秒，即便在极低温下也不超过约40飞秒，而能量转移需要约344飞秒。这意味着，纯电子相干在生理条件下根本“撑不到”能量传递完成，不可能主导这一过程。
“我们把APC三聚体‘拆’成单体再做实验，以排除激子耦合效应的影响。”郑福禄说。结果发现，即便拆分后色素间的耦合降至约10cm-1，840cm-1附近振动模式的振荡信号仍然存在。这说明，该信号不依赖于分子间的集体耦合，而是色素分子的内禀振动。这些振动信号表现出惊人的“长寿”，且在三种温度下均清晰可测，温度对它几乎没什么影响。
这一发现表明，天然光合系统并不依赖电子量子相干，而是通过更稳健的分子振动和经典弛豫机制实现高效的能量传递。该认识对设计高性能人工光捕获器件和量子仿生材料具有重要指导意义。
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