FMO复合物中的量子相干性对（在生物基质上）量子计算是否有任何意义？

FMO络合物（在绿色硫细菌中发现的光合光捕获络合物）的量子效应以及其他光合系统中的量子效应已经得到了很好的研究。解释这些现象（专注于FMO复合物）的最常见假设之一是Rebentrost 等人最初描述的环境辅助量子传输（ENAQT）。。该机制描述了某些量子网络如何“利用”相干和环境效应来提高量子传输效率。请注意，量子效应是由于激子从复合物中的一种色素（叶绿素）向另一种色素的迁移而产生的。（有一个问题更详细地讨论了FMO复合物的量子效应）。

考虑到这种机制允许量子效应在室温下发生而不会产生退相干的负面影响，它们在量子计算中是否有任何应用？有一些利用ENAQT和相关量子效应的人工系统的例子。然而，它们将仿生太阳能电池作为潜在的应用，并且不关注量子计算中的应用。

最初，假设 FMO复合系统执行Grover的搜索算法，但是据我了解，现在证明事实并非如此。

有一些研究使用了生色团和生物学上没有的底物（稍后会添加参考）。但是，我想重点介绍使用生物底物的系统。

即使对于生物底物，也有使用ENAQT 的工程系统的几个示例。例如，使用基因工程开发了基于病毒的系统。还开发了一种基于DNA的激子回路。但是，这些示例中的大多数将光伏技术作为主要示例，而不是量子计算。

Vattay和Kauffman（AFAIK）是第一个研究量子效应作为量子生物学计算的人，并提出了一种工程化类似于FMO复杂系统的方法来进行量子计算。

$f_n$$H_{nn} = \epsilon_0 f_n$$κ$并且可以访问每个反应中心的电流，它将与在发色团上找到激子的概率成正比。$j_n ∼ κ\rho_{nn}$

FMO复合物的量子效应如何在生物基质上用于量子计算？考虑到量子效应是由于激子在网络结构上的传输而产生的，ENAQT是否可以提供基于网络的算法的更有效实现（例如：最短路径，旅行商等）？

PS我将在需要时添加更多相关参考。另外，请随时添加相关参考。

我同意您在第一段中写的大部分内容，尽管我会说与Rebentrost等人大致同时（相隔仅1个月！）。您提到的一篇论文，Plenio和Huelga在arXiv上发表了一篇非常相似的论文，名为“逐步去除辅助传输：生物分子中的量子网络”，实际上它与Rebentrost等人发表在同一期刊上。纸，但几个月前。Mohseni等人的《光合能量传递中的环境辅助量子游走》比Rebentrost等人早一个月在arXiv上发表，并在Plenio-Huelga论文发表前8天发表在期刊上。

但在此之前所有的，实际上13年中，南希Makri的和Eunji辛写论文模拟在细菌叶绿素电子转移的全量子相干性（见本和本）。也是在此之前的11年，诺贝尔奖获得者鲁迪· 马库斯（Rudy Marcus）使用马库斯（Marcus）理论研究同一系统中的能量传递，并在书目中列出了331篇论文，对此主题进行了评论。

因此，使用量子力学研究细菌叶绿素中的能量转移可以追溯到Rebentrost等人几十年前。论文，您提到的是2007年的恩格尔论文，他们将能量转移与量子计算联系起来，引起了新的兴趣（包括在以前对生物/化学能量转移不感兴趣的量子计算领域，例如是第一段中提到的两篇2008年论文，其中包括来自Martin Plenio和Seth Lloyd等量子计算的作者。

我很幸运有机会在去世不到六个月的时间里，看到鲍勃·席尔比（Bob Silbey）在皇家学会会议上发表的名为“量子相干能量转移：对生物学和新能源技术的影响”的演讲，他将量子生物学追溯到第4章。薛定er（Schrödinger）的书“ 什么是生命？ ”谈到电子转移引起的突变（我们现在在高中生物学中学习到：紫外线辐射引起激发，导致胸腺嘧啶二聚体形成，导致癌症）。

在第二段中，当您说：

考虑到这种机制允许量子效应在室温下发生而不会产生退相干的负面影响，它们在量子计算中是否有任何应用？

在我对此的回答中，我指出，如果激发是在没有真空模式的真空中进行的（在QED中，即使真空具有可以与激发相互作用的模式），那么能量也只会来回传递（拉比振荡）无限地是由于庞加莱递归定理的量子形式。您可以看到，当我打开消相干时，这些拉比振荡不仅被衰减，而且激发被“漏斗”向反应中心，从而使其为后续的光合作用提供动力。这就是为什么它被称为“退相干驱动”的能量转移，以及为什么您说量子效应发生在“没有退相干的负面影响”的原因。

但是，量子计算的含义更为微妙。

注意，相干性实际上在1ps之后消失了（注意Rabi振荡在1ps消失了）。这意味着退相干性仍然很差，实际上比某些量子计算机候选物（例如掺磷硅）要差得多。

所述另一种方式中，相干性在FMO在约1ps的杀死，而在磷掺杂的硅它被制成持续超过一兆较长的时间比1ps的。差异不超过12个数量级，您不应该感到惊讶，因为FMO并不是要成为量子计算机（这是一个充满去相干源的潮湿，嘈杂的环境），而磷掺杂的硅实验则是有目的地进行的在允许作者获得尽可能长的室温相干时间的条件下。

因此，总而言之：

• 去相干有助于光合作用，
• FMO的去相干性快速发生（大约1ps，而某些QC候选者为几秒钟）
• 基于电路的量子计算机需要较长的相干时间
• 如果在1ps之后完全失去了相干性，那么基于电路的量子计算机将不能很好地工作，特别是如果量子门各自花费100ns（这是对超导QC的实际估计）。
• 因此，我不会在基于电路的量子计算机中选择四基态的发色团激发。这样的量子计算机不太可能像那些正在努力制造好的量子计算机的真实公司目前制造的机器那样强大：IBM，Google，D-Wave，Rigetti，Intel，阿里巴巴等。超导系统，而不是生物发色团）。

底线是，这是非常有趣的是，我们能够观察到量子相干在FMO通过相干二维光谱的能量转移，但这种一致性不会持续近只要我们需要它的容错量子计算，专门为在量子计算上表现出色而在实验室中设计的QC和相干时间更长。否则，IBM，谷歌，D-Wave，Rigetti，英特尔，阿里巴巴等将使用生物发色团，而不是超导量子位。这些公司对FMO中的量子连贯性非常了解。实际上，正如我在第一段中所述，Mohseni是在恩格尔（Engel）2007年论文之后的这一浪潮中率先撰写有关FMO一致性的文章（2008年）。猜猜Mohseni在哪里工作？谷歌。您说ENAQT最初是由Patrick Rebentrost提出的。Patrick在Xanadu工作，该公司试图制造光子QC，而不是发色QC。帕特里克（Patrick）的博士生导师艾伦·阿斯普鲁·古齐克（Alan Aspuru-Guzik）至少撰写了上述论文中的4篇，包括您发表的DNA，他还是Google和Rigetti量子团队中其他多个人的博士生顾问。这些公司了解FMO的一致性，聘请了许多FMO论文的主要作者，如果构建受FMO启发的量子计算机是个好主意，他们会知道的，但是相反，他们都使用超导量子位，有时离子阱或光子学。