Petunjuk Penuaian Cahaya Kuantum pada Bentuk Pengkomputeran Baharu Sepenuhnya

Ahli fizik telah lama mengetahui bahawa tumbuhan dan bakteria menukar cahaya kepada tenaga kimia dengan cara yang sangat cekap. Tetapi hanya dalam beberapa tahun kebelakangan ini mereka mendapati bahawa mesin molekul di sebalik proses ini bergantung pada mekanik kuantum untuk melakukan kerja itu.



Itu satu kejutan besar kerana suhu yang terlibat. Keadaan kuantum sangat rapuh—bersin dan ia hilang dalam kepulan asap. Ahli fizik boleh mengekalkan keadaan ini untuk beberapa lama dalam persekitaran yang dikawal dengan teliti pada suhu rendah, tetapi tiada siapa yang boleh menerangkan bagaimana ia boleh berlaku dalam persekitaran basah yang hangat di dalam hidupan.

Hari ini, Gabor Vattay di Universiti Eotvos di Budapest dan Stuart Kauffman di Universiti Vermont di Burlington mempunyai jawapannya. Mereka mengatakan proses di sebalik penuaian ringan adalah gabungan istimewa kuantum dan klasik. Dan bahawa campuran halus ini mewakili bentuk pengkomputeran yang sama sekali baru yang mungkin dieksploitasi oleh alam semula jadi dalam sistem lain juga.





Proses kuantum mesti dikaji dalam sistem penuaian cahaya berlaku dalam struktur yang dikenali sebagai kompleks Fenna-Matthews-Olson atau FMO, protein pigmen besar yang merupakan sebahagian daripada jentera pengumpulan cahaya dalam bakteria sulfur hijau. Tertanam dalam struktur protein ini adalah pusat tindak balas yang menukar tenaga daripada cahaya kepada tenaga kimia.

selamatkan lautan kita sekarang semak semula

Apabila cahaya mengenai kompleks FMO, tenaga mesti bergerak merentasi matriks protein sehingga ia mencapai pusat tindak balas. Dan yang menakjubkan, pemindahan ini berlaku dengan kecekapan hampir 100 peratus.

Itu membingungkan kerana satu-satunya cara untuk tenaga cahaya mencari pusat tindak balas adalah dengan melantun melalui rangkaian protein secara rawak, seperti bola biliard memantul. Proses ini akan mengambil masa terlalu lama, lebih lama daripada nanosaat atau lebih yang diperlukan untuk tenaga cahaya untuk meresap ke persekitaran dan hilang.



Jadi proses pemindahan tenaga tidak boleh berlaku secara klasik dengan cara ini. Sebaliknya, ahli fizik telah mengumpulkan pelbagai bukti yang menunjukkan bahawa pemindahan tenaga adalah proses kuantum.

Pemikiran berjalan seperti ini. Kerana tenaga boleh wujud dalam superposisi keadaan, ia boleh mengembara pelbagai laluan di sekitar rangkaian pada masa yang sama. Dan apabila ia menemui destinasi yang betul, superposisi runtuh, meninggalkan tenaga di pusat tindak balas. Hasilnya ialah pemindahan tenaga yang hampir sempurna.

Tetapi Vattay dan Kauffman mengatakan bahawa proses kuantum tulen seperti ini tidak boleh bertanggungjawab sama ada. Itu kerana beberapa proses kuantum melambatkan pergerakan objek kuantum melalui rangkaian rawak seperti ini. Mekanik kuantum mempunyai kesan buruk juga, kata mereka.

Salah satu daripada pemusnah parti ini dikenali sebagai penyetempatan Anderson, fenomena yang menghalang penyebaran keadaan kuantum dalam media rawak. Oleh kerana keadaan kuantum bertindak seperti gelombang, ia terdedah kepada kesan gangguan, yang menghalangnya merambat dalam rangkaian rawak.



Satu lagi ialah kesan zeno kuantum, fenomena paradoks di mana keadaan tidak stabil tidak pernah berubah jika ia ditonton secara berterusan. Ini kerana menonton melibatkan pengukuran yang serius yang sentiasa mendorong keadaan, menghalangnya daripada runtuh. Ini adalah versi kuantum kesan yang ditonton-periuk-tidak-tidak-mendidih.

Perkara yang sama berlaku kepada keadaan kuantum tenaga semasa penuaian cahaya. Keadaan kuantum ini pasti akan berinteraksi dengan persekitaran tetapi interaksi ini bertindak seperti ukuran. Ini mencetuskan kesan seperti zeno kuantum yang menghalang keadaan daripada runtuh di pusat tindak balas. Jadi pemindahan tenaga tidak boleh berlaku dengan cara ini, kata Vattay dan Kauffman.

Sebaliknya, mereka mencadangkan proses baharu di mana mekanisme carian kuantum dan interaksi dengan persekitaran bergabung untuk mengatasi penyetempatan Anderson. Ia adalah interaksi antara proses ini yang menyampaikan tenaga ke pusat tindak balas dengan cara yang optimum, kata mereka.

Ideanya ialah interaksi dengan persekitaran mengubah sifat seperti gelombang keadaan kuantum hanya cukup untuk menghalang penyetempatan Anderson. Pada masa yang sama, kesan zeno kuantum memanjangkan masa hayat keadaan kuantum membolehkannya mencari jalan ke pusat tindak balas. Interaksi antara dunia kuantum dan klasik inilah yang membolehkan pemindahan tenaga.

Itu menerangkan tingkah laku seperti kuantum proses penuaian cahaya pada suhu bilik. Tetapi Vattay dan Kauffman berkata idea itu mempunyai implikasi penting lain. Masalah mencari pusat tindak balas dalam matriks protein secara rasmi bersamaan dengan banyak masalah lain dalam pengkomputeran. Oleh itu, adalah mungkin untuk menjadikan penuaian ringan kepada tugas pengkomputeran dengan memetakan satu masalah ke yang lain.

Itu boleh meningkatkan kelajuan pengiraan secara mendadak pada suhu bilik. Komputer berdasarkan kompleks penuaian cahaya buatan boleh mempunyai unit dengan kecekapan 100-1000 kali lebih besar pada suhu bilik, kata Vattay dan Kauffman.

Lebih-lebih lagi, pengiraan jenis ini mungkin sudah berfungsi secara semula jadi. Oleh kerana merealisasikan mekanisme ini nampaknya kini agak mudah, ia adalah persoalan penting jika ia telah direalisasikan dalam sistem penuaian ringan atau juga terdapat dalam pengangkutan biologi atau proses pengoptimuman yang lain. Terutama dalam otak manusia, kata mereka.

Jika mereka betul, pengiraan jenis baharu ini boleh menjana minat dalam masa yang singkat.

Ruj: arxiv.org/abs/1311.4688 : Reka Bentuk Evolusi dalam Pengkomputeran Kuantum Biologi

bersembunyi

Teknologi Sebenar

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Dasar Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Lembah Silikon

Pengkomputeran

Majalah Mit News

Kecerdasan Buatan

Angkasa Lepas

Angkasa

Bandar Pintar

Rantaian Sekat

Cerita Ciri

Profil Alumni

Sambungan Alumni

Ciri Mit News

1865

Pandangan Saya

77 Mass Ave

Bertemu Penulis

Profil Dalam Kemurahan Hati

Kelihatan Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pilihanraya 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Majalah Berita Mit

Hos Pemadam Api

Cerita Yang Tidak Terhingga

Projek Teknologi Pandemik

Daripada Presiden

Muka Depan Cerita

Galeri Gambar

Disyorkan