紫细菌FMO高效激发能量转移的物理机制研究

The project will investigate the physical mechanism of excitation energy transfer of Fenna-Matthew-Olson (FMO) in light-harvesting, explore the basic relation between spin squeezing, quantum discord and excitation energy transfer in FMO, reveal the measurement and control mechanism of spin squeezing, quantum discord and excitation energy transfer（EET） efficiency, establish semi-classical physical model in FMO, probe the approach and pattern for manipulating and improving excitation energy transfer efficiency, uncover the conditions for realizing artificial controllable and high efficient excitation energy transfer, develop new design scheme of nanometer optical devices and solar cell basis on FMO, form several new theoretical perspectives, concepts and models. The implement of the project not only has significance to explore the essential features of excitation energy transfer in FMO, but also has important guiding role to develop future advanced technologies such as quantum information technology etc.

本项目将针对紫细菌光合作用的色素蛋白复合体（Fenna-Matthew-Olson，FMO）激发能量转移的物理机制进行研究，探索FMO中的自旋压缩、量子discord和激发能量转移（EET）效率的基本关系，揭示光FMO中自旋压缩、量子discord和激发能量转移效率的控制和探测的机理，建立FMO的半经典物理模型，探索操控和提高激发能量转移效率的途径和方式，揭示实现人工可控高效激发能量转移的条件，发展基于光合作用系统的纳米光学器件设计新方案，高效的新式太阳能电池开发，形成若干新理论观点﹑概念和模型。这一项目的开展不仅对探索FMO的激发能量转移本质特征具有重要意义，而且对发展量子信息技术等未来的高新技术具有重要指导作用。

基于紫细菌光合作用的色素蛋白复合体（FMO）在激发能量转移（EET）过程中的高效率，以及它在人工可控光合作用中的广泛应用前景，是本课题研究的动因。.从已有的国内外关于FMO的EET效率的研究成果中发现：紫细菌在光合作用中，它的捕光天线色素（细菌叶绿素分子）之间的量子相干性对光能的吸收、储存，EET都起着关键作用，但其量子纠缠在EET过程中的作用的物理机理尚不清楚；利用环境嗓声辅助提高EET效率过程中，温度对EET效率的影响的物理机理存在不少疑问；在光合作用捕光天线色素间存在量子相变，这种量子相变对EET效率的影响机制还不清楚。等等这些问题也是课题组研究的内容。.课题组利用量子力学理论，探索FMO光合作用中的量子自旋压缩、量子纠缠和EET效率的基本关系，揭示紫细菌FMO中自旋压缩、量子纠缠和EET效率的控制和测量的机理，建立半经典物理模型。课题主要研究成员李嵩松博士已经在量子信息领域特别是对多粒子系统的量子纠缠、量子自旋压缩有深入的研究，并已经在国内外核心刊物上发表相关论文数篇，但由于个人原因及其他原因，没有标注本课题编号，也不能上报为课题成果。.课题主持人这几年由于学校性质和研究环境条件所限，主要工作精力在本科生课堂教学上，平均每年教学工作量在600课时以上，所以尚没有可以作为支撑课题的成果发表，今后还将继续研究。

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