Første bevis på sammenfiltring i fotosyntese

Fysikere er fascineret af entanglement, det mærkelige kvantefænomen, hvor forskellige objekter deler den samme eksistens, uanset afstanden mellem dem. Men i deres søgen efter at studere og udnytte sammenfiltring til informationsbehandling, har fysikere fundet det skrøbeligt og let at ødelægge. Denne skrøbelighed ser ud til i høj grad at begrænse, hvordan sammenfiltring nogensinde kan blive brugt.

Men et nyt, mere robust ansigt af sammenfiltring begynder at dukke op fra andre typer eksperimenter. For eksempel har fysikere for nylig fundet signaturen på sammenfiltring i de termiske tilstande af bulkmaterialer ved lave temperaturer. Dette har enorme konsekvenser for biologiske systemer: Hvis sammenfiltring er mere robust, end vi troede, hvilken rolle kan det så spille i levende ting?

Nu begynder vi at finde ud af det. I den første strenge kvantificering af sammenfiltring i et biologisk system begynder et svar at dukke op. Forskere fra forskellige institutioner i Berkeley Californien har vist, at molekyler, der deltager i fotosyntesen, kan forblive sammenfiltrede selv ved almindelige atmosfæriske temperaturer.

Beviserne kommer fra detaljeret undersøgelse af lysfølsomme molekyler kaldet kromoforer, der høster lys i fotosyntesen.

Forskellige undersøgelser har vist, at kromoforer i lysindsamlingskomplekser kan dele kohærent delokaliserede elektroniske tilstande. K. Birgitta Whaley ved Berkeley Center for Quantum Information and Computation og venner siger, at dette kun kan ske, hvis kromoforerne er viklet ind.

De påpeger, at disse molekyler ikke ser ud til at udnytte sammenfiltring. I stedet er dens tilstedeværelse blot en konsekvens af den elektroniske sammenhæng.

Dette er en stor påstand, der er lidt afhængig af indicier. Det vil være vigtigt at få bekræftet disse idéer, før de kan blive mainstream.

Ikke desto mindre, hvis det er korrekt, har opdagelsen enorme konsekvenser. Til at begynde med kunne biologer gribe ind i denne sammenfiltring for at foretage meget mere nøjagtige målinger af, hvad der foregår inde i molekyler under fotosyntesen ved at bruge de forskellige kvantemetrologiske teknikker, som fysikere har udviklet.

Endnu mere spændende er muligheden for, at disse molekyler kan bruges til kvanteinformationsbehandling ved stuetemperatur. Forestil dig fotosyntetiske kvantecomputere!

Og ud over det er spørgsmålet, som Whaley og co helt undgår. Hvis sammenfiltring spiller en rolle i fotosyntesen, hvorfor så ikke også i andre vigtige biologiske organer? Er der nogen, der tænker på et organ, hvor sammenfiltring kan være nyttig?

Ref: arxiv.org/abs/0905.3787 : Kvantesammenfiltring i fotosyntetiske lyshøstkomplekser

skjule