当量子生物学遇见量子计算机—光合作用和候鸟迁徙中的量子相干效应和量子模拟.pdf

中国科学院数学与系统科学研究院 量子论与信息论 学术报告 报告题目: 当量子生物学遇见量子计算机—光合作用和候鸟 迁徙中的量子相干效应和量子模拟 报 告 人: 艾清 副教授 北京师范大学 物理学系 时 间: 2023 年 11 月 2 日 (星期四) 下午 15:30--16:30 地 点： 数学与系统科学研究院 南楼 N620 摘 要: 生物中很多现象都可以用物理学中开放量子系统模型描 述，例如光合作用和候鸟迁徙。研究其中物理机制需要精密分析量子 动力学过程。我们提出一种量子算法，相对于严格求解的级联运动方 程，它可以指数加快量子动力学的严格模拟。基于该算法，我们在量 子计算机上实验证明，光合作用可以利用团簇化和优化环境达到最优 能量传输效率；利用量子互信息和量子费舍尔信息流可以从全局和局 域两个角度完备地分析光合作用量子动力学的非马尔科夫性；量子纠 缠态可以利用量子芝诺效应提高精密测量精度。我们还推广 Holstein 模型，解释候鸟导航中对地磁场敏感的化学反应物理机制，利用量子 相变优化候鸟识别方向的灵敏度。我们的工作不仅为量子计算机拓宽 了应用场景，而且对于设计人工光合作用和导航量子相干器件具有重 要启发意义。