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生物系统内创建出量子纠缠

2017-12-7 09:32:34
科技日报




绿色荧光蛋白负责水母的生物发光  图片来源:美国西北大学

科技日报北京12月6日电 (记者刘霞)据物理学家组织网5日报道,美国西北大学的科研团队近日首次创建出来自生物系统的量子纠缠。研究人员表示,最新研究将促使科学家更好地理解生物学,也为生物学工具通过量子力学获得新功能打开了大门。

早在75年前,诺贝尔奖得主埃尔温·薛定谔就好奇,量子力学在生物学领域是否也发挥作用?由美国能源部高级研究计划局(DARPA)资助、电子工程学和计算机科学教授普瑞姆·库玛尔领导的团队进行的最新研究表明,薛定谔问题的答案或许是肯定的。相关研究发表在5日出版的《自然·通信》杂志上。

量子纠缠是量子力学最重要、也最神秘的现象之一,是指粒子(原子、光子等)在由两个或两个以上粒子组成系统中相互影响的现象,这种影响不受距离的限制,即使两个粒子分隔在直径达10万光年的银河系两端,一个粒子的变化仍会瞬间影响另外一个粒子,测量其中一个粒子,然后再测量另外一个粒子,两个结果必定相互关联。由于这些粒子可直接通信,因此,能用来发送安全的信息,或帮助创建超快的“量子互联网”。

库玛尔团队使用水母体内的绿色荧光蛋白(主要负责生物发光)进行了实验,尝试让绿色荧光蛋白桶状结构内的荧光分子生成的光子发生纠缠。通过一系列此类实验,他们成功展示了光子对之间的偏振(偏振是光波的振动方向,光波能垂直、水平或者以任意角度发生偏振)纠缠,这意味着,光波的振动方向彼此关联。库玛尔强调,荧光分子周围的桶状结构保护了纠缠免遭破坏。

研究团队计划研制出一个由相互纠缠粒子组成的生物基座,他们认为这种基座或能用来建造量子机器。接下来,他们需要厘清生物基座的工作效率是否比合成基座的高。

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