神经蛋白结构中量子增强光致保护效应源于集体光-物质相互作用

本文研究了神经蛋白结构中超辐射效应的集体量子光学效应。该现象源于电磁场与色素体网络（每个色素体可有效建模为两个能级的量子发射器）的相互作用。基于我们对单光子超辐射在微管中的实验确认， 我们预测在模拟的肌动蛋白束和淀粉样纤维中也会出现明亮的超辐射态，这表现为对室温静电扰动可达五倍的高量子产率。对于微管和淀粉样纤维，量子产率随系统规模而增大，这与在热平衡环境中量子效应的常规预期相悖。我们使用从 Lindblad 方程推导的非厄米哈密顿量，对描述色素体网络与电磁场相互作用的开放式量子系统进行分析，处于单光子极限下。我们的详细量子产率预测在真实的神经蛋白结构中——包括对不同时间尺度上相关超辐射态和亚辐射态潜在信息处理应用的分析——提供了一系列体外实验的动机，以确认这些量子增强效应，这些效应可在体内作为机制，用于消散或降低来自阿尔茨海默病及相关痴呆症患者所处高度氧化的病理环境中高能紫外代谢光子辐射。