【资料图】

服从量子力学的系统是众所周知的难以视觉化，但伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员开发了一种插图技术，在一种称为相干图的易读图表中显示量子特征。研究人员用这些图来研究支撑光合作用的量子机制，这是植物和一些细菌利用阳光将二氧化碳和水转化为食物的过程。

第一大学化学教授兼项目负责人南希-马克里说："很难相信相干图是如此简单。当处理非直观的量子现象作为光合作用等复杂过程的一部分时，解释理论计算可能是一个相当大的挑战。但相干图在一个快照中告诉你你需要知道的一切。"

在最近发表在《物理化学快报》上的一项研究中，Makri的研究小组应用相干图，以一种新的方式分析了早期的光合作用细菌的计算机模拟。研究人员研究了"收获"阳光的分子复合体，吸收阳光并将其能量转移到一个处理二氧化碳和水的化学反应场所。相干图不仅清楚地显示了能量是如何转移到反应场所的，而且对这种转移给出了明确的量子解释。

Makri小组的工作被刊登在《物理化学快报》的封面上。细菌采光复合物的图表与说明复合物量子行为的相干图相对照。来源：《物理化学通讯》杂志

Makri解释说，相干图是还原密度矩阵的说明，这是一个包含关于一个系统的量子行为的所有信息的数学对象。她说："即使是规模不大的系统，还原密度矩阵也会变得相当大，而且其所有组成部分都是相互关联的。这实在是太多的信息需要分析了。不过，有了相干图，光是看一眼就有大量的信息从图片中跳出来。"

据Makri说，这些信息使研究人员能够"非常透明地"确定细菌光收集复合体中的能量转移途径。该复合体包含一个外环和一个内环的分子。外环吸收太阳光，内环包含化学反应部位。Makri的研究小组表明，这两个环是由分子中的原子的运动连接起来的，相干图清楚地说明了这些运动将能量从外环集中到内环。展望未来，我相信相干图将成为基于量子力学的理论分析的一个宝贵工具。就在这项研究中，他们对光合作用机制给出了重要的见解，这是生物学的伟大奥秘之一。"

标签：