Primera observación y caracterización del fenómeno de Críticos de física detrás de la fotosíntesis

Published on May 10, 2010 at 8:25 PM

El futuro de energía limpia y verde solar puede depender de que los científicos sean capaces de desentrañar los misterios de la fotosíntesis, proceso por el cual las plantas verdes convierten la luz solar en energía electroquímica.

Con este fin, los investigadores del Departamento de Energía de EE.UU. (DOE) 's Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y la Universidad de California (UC), Berkeley ha registrado la primera observación y caracterización de un fenómeno físico fundamental detrás de la fotosíntesis se conoce como el entrelazamiento cuántico.

Mohan Sarovar (sentado) y (de izquierda) Ishizaki Akihito, Whaley Birgitta y Fleming Graham llevó a cabo la primera observación y caracterización de entrelazamiento cuántico en un sistema biológico real. (Foto de Roy Kaltschmidt, Berkeley Lab Public Affairs)

Experimentos previos dirigido por Graham Fleming, un químico físico con nombramientos conjunto con el Laboratorio de Berkeley y UC Berkeley, se refirió a los efectos de la mecánica cuántica como la llave de la capacidad de las plantas verdes, a través de la fotosíntesis, la transferencia casi instantánea de energía solar a partir de moléculas de complejos de recolección de luz a las moléculas en los centros de reacción electroquímica. Ahora, un nuevo equipo de colaboración que incluye Fleming han identificado enredo como una característica natural de estos efectos cuánticos. Cuando dos partículas de tamaño cuántico, por ejemplo, un par de electrones, se "enreda", cualquier cambio en uno se reflejarán inmediatamente en el otro, no importa lo lejos que podría ser. Aunque físicamente separados, las dos partículas actúan como una sola entidad.

"Este es el primer estudio que muestra que el enredo, tal vez la característica más distintiva de los sistemas de la mecánica cuántica, está presente a través de un complejo de luz completo de cosecha", dijo Mohan Sarovar, un investigador post-doctoral en la Universidad de Berkeley profesor de química de Birgitta Whaley en el Berkeley Centro de Información y Computación Cuántica. "Aunque ha habido investigaciones antes de quedar atrapado en los sistemas de juguete que fueron motivados por la biología, este es el primer caso en que el entrelazamiento ha sido examinado y cuantificado en un sistema biológico real".

Los resultados de este estudio tienen implicaciones no sólo para el desarrollo de sistemas de fotosíntesis artificial como un recurso renovable no contaminante fuente de energía eléctrica, sino también para el futuro desarrollo de la mecánica cuántica basada en las tecnologías en áreas como la informática - una computadora cuántica podría realizar ciertas las operaciones de miles de veces más rápido que cualquier ordenador convencional.

"Las lecciones que estamos aprendiendo sobre los aspectos cuánticos de recolección de luz en los sistemas naturales pueden aplicarse al diseño de sistemas fotosintéticos artificiales que son aún mejores", dice Sarovar. "Las estructuras orgánicas de los complejos recolectores de luz y sus imitadores sintéticos también podrían servir como componentes útiles de los ordenadores cuánticos u otros dispositivos con mejora cuántica, tales como cables para la transferencia de información."

Lo que puede llegar a ser la revelación más importante de este estudio es que, contrariamente a la creencia popular de científicos que el entrelazamiento es una propiedad frágil y exótica, difícil de diseñar y mantener, los investigadores de Berkeley han demostrado que el entrelazamiento puede existir y persistir en la complejidad química caótica de un sistema biológico.

"Se presenta una fuerte evidencia de entrelazamiento cuántico en ruidosa de no-equilibrio los sistemas a altas temperaturas mediante la determinación de las escalas de tiempo y temperatura para que el enredo es observable en la estructura de una proteína que es esencial para la fotosíntesis de ciertas bacterias", dice Sarovar.

Sarovar es un co-autor junto a Fleming y Whaley de un artículo que describe esta investigación que aparece en línea en la revista Nature Physics titulado "entrelazamiento cuántico en fotosintética captadores de luz complejos." También co-autor de este trabajo fue Akihito Ishizaki en la investigación de Fleming grupo.

Last Update: 19. November 2011 02:27

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