Explaining the avian compass through sustained quantum dynamics in driven, open three-radical systems

通过驱动的开放三基系统中的持续量子动力学解释鸟类指南针

基本信息

  • 批准号:
    EP/V047175/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.77万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2021 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

In the past 25 years, we have witnessed the emergence of quantum technologies, including quantum computers or simulators, from a scientific dream to reality. Google's claim to have achieved quantum supremacy has spurred the global race toward harnessing the quantum advantage. The next major advance, enabled by the applications of quantum computers, may become a reality within decades. The breakthrough hinges on one fundamental imperative: the need to sustain quantum superpositions and, crucially, entanglement in noisy environments.Has nature evolved to exploit quantum phenomena in ways that surpass current technologies? Could truly quantum effects operate in the warm, wet and noisy environment that is characteristic of life? Does this provide a decisive advantage over "classical" processes? Indeed, evidence accumulated over the last four decades does support a conclusion that various organisms employ coherent quantum dynamics to enable magnetoreception: the ability to sense the geomagnetic field. Yet, it remains to be shown exactly how coherent quantum effects can operate in the warm, wet, and noisy surroundings that are characteristic of biology. Previous studies provided a conceptual model, but failed to rationalize the sustained quantum coherence that is believed to enable this exquisite sensitivity to the magnetic field. We believe this failure is a consequence of an inadequate description of the biological environment, i.e. the openness of the quantum system as it is coupled to the protein motion-a deficit which we here shall overcome. This treatment will explain how living systems could exercise the benefit of a quantum effect to provide a decisive advantage to life. We will do this by focusing, for the first time on systems of radical pairs and three radicals, for which we hope to be able to demonstrate that radical motion can amplify magnetic field effects and sustain quantum dynamics, if the system is driven to a metastable state not accessible in closed-system formulations.
在过去的25年里,我们见证了包括量子计算机或模拟器在内的量子技术从科学梦想到现实的出现。谷歌声称已实现量子霸权,刺激了全球利用量子优势的竞赛。量子计算机应用带来的下一个重大进步可能会在几十年内成为现实。这一突破取决于一个基本要求:维持量子叠加的需要,以及最重要的是,在嘈杂环境中的纠缠。大自然是否已经进化到以超越当前技术的方式利用量子现象?真正的量子效应能在生命特有的温暖、潮湿和嘈杂的环境中发挥作用吗?这是否比“经典”工艺具有决定性优势?事实上,过去四十年积累的证据确实支持这样一个结论:各种生物体利用相干量子动力学来实现磁感受:感知地磁场的能力。然而,相干量子效应如何在生物学特征的温暖、潮湿和嘈杂的环境中发挥作用仍有待确切证明。之前的研究提供了一个概念模型,但未能合理解释持续的量子相干性,而这种相干性被认为能够实现对磁场的这种精致的敏感性。我们认为这种失败是对生物环境描述不充分的结果,即量子系统与蛋白质运动耦合的开放性——我们在这里将克服这一缺陷。这种治疗将解释生命系统如何利用量子效应的优势为生命提供决定性的优势。我们将通过首次关注自由基对和三个自由基的系统来做到这一点,为此我们希望能够证明,如果系统被驱动到亚稳态,自由基运动可以放大磁场效应并维持量子动力学状态在封闭系统公式中不可访问。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Magnetoreception in cryptochrome enabled by one-dimensional radical motion
一维激进运动实现隐花色素的磁接收
  • DOI:
    http://dx.10.48550/arxiv.2303.12117
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Ramsay J
  • 通讯作者:
    Ramsay J
Avian cryptochrome 4 binds superoxide
禽类隐花色素 4 结合超氧化物
Modeling spin relaxation in complex radical systems using MolSpin.
使用 MolSpin 对复杂自由基系统中的自旋弛豫进行建模。
F-cluster: Reaction-induced spin correlation in multi-radical systems.
F-簇:多自由基系统中反应引起的自旋相关性。
Magnetoreception in cryptochrome enabled by one-dimensional radical motion
一维激进运动实现隐花色素的磁接收
  • DOI:
    http://dx.10.1116/5.0142227
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Ramsay J
  • 通讯作者:
    Ramsay J
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    2023
  • 资助金额:
    $ 25.77万
  • 项目类别:
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