22:00 2020年07月12日
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來自國家技術研究大學"NUST MISIS",俄羅斯量子中心,卡爾斯魯厄大學和德國美因茨大學的國際物理學家團隊已經掌握模擬可以幫助破譯光合作用機制的過程的模型。有關這個研究的文章已經刊登在了雜誌Nature Communications上。

光合作用通常被理解為各種反應中光能的吸收、轉化和使用的綜合過程,包括將二氧化碳轉化為釋放氧的有機物質的過程。 隨著地球上植物數量的減少,在人工條件下製造光合作用已經成為當務之急。 但想要複製某個過程,就首先需要瞭解它。
然而,這項任務是一個棘手的問題,為了尋找有關這個任務的問題的答案,全世界的計算機都沒有足夠的功率。 因此,研究人員尋求利用量子計算機進行建模。

俄羅斯科學家研制出高效種肥
© Sputnik / Nikolay Kizhnyak
"光當被物質吸收時與分子中原子間鍵合的振動相互作用,包括那些負責光合作用的。這種振動的特性允許的分子"儲備"大量的光量子,即能量。另外已知的是,在光合作用過程中光量子被吸收(在電磁波能量測量中的最低值) — 即光子,其能量通過與物質反應幾乎完全被吸收。該過程的有效率大於50%。 這是一個非常高效的將光能轉化為物質中儲存能量的過程,國家科技研究大學"NUST MISIS" "超導超材料"實驗室主持者,俄羅斯量子中心負責人阿列克塞·烏絲金諾夫說。

在這種情況下,人造原子 — 量子位元被認為是量子計算機的"存儲單元"。它們表現得像自然粒子,在量子層面上具有相同的結構。但是它們的結構(因此也包括物理性質)可以瞬間改變。包括能級之間的距離,即人造原子從一級到另一級轉變所必需的能量。進行量子測量的必要條件是低溫 — 它要保持在20毫開爾文,幾乎為零!這種極端的"冰凍"對於熱振蕩不會干擾量子力學過程的觀察是必要的。

術語"超導"是指,當量子位元材料達到一定溫度值以下時具有嚴格的零電阻。 這也是中和電子過度運動的必要條件。 為讀取量子位元的狀態(計算方法基於量子計算機)使用了光頻的變化。

在普通的計算機上可以計算只有一個光子而只有一個兩級系統的系統,即一個人造原子。 而實際上光子有很多個,它們可以和多個人造系統相互作用,只有量子計算機可以在一個複雜的類似於光合作用的自然過程的系統中進行計算。

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