在光子网络上模拟光合能量传输

自然界中光合能量传输的量子效应，尤其是典型的 Fenna-Matthews-Olson (FMO) 复合体，在量子生物学中被广泛研究。此类能量传输过程可作为混合了量子相干与环境噪声的开放量子系统来研究，并已在少数量子器件上进行了实验模拟。然而，由于现有实验在映射实际 FMO 复合体中具有丰富生物学含义的各类问题时存在局限，其始终缺乏对 FMO 能量传输的可靠量子模拟。本文通过对三维波导阵列倏逝耦合的全面表征与精确控制，成功映射了七位点 FMO 结构的完整耦合轮廓。通过对每根波导施加随机动力学调制，我们引入了基点位能量与有色噪声中的退相位项，以忠实模拟 FMO 复合体的功率谱密度。我们表明，我们的光子模型很好地解释了包括重组能、振动辅助、激子转移与能量定域等问题。我们进一步通过实验证明了在特定退相位强度下存在最优传输效率，为深入探究环境辅助量子传输提供了一扇窗口。