क्या एफएमओ कॉम्प्लेक्स में क्वांटम सुसंगतता क्वांटम कंप्यूटिंग (एक जैविक सब्सट्रेट पर) के लिए कोई महत्व है?

एफएमओ कॉम्प्लेक्स (हरे सल्फर बैक्टीरिया में पाए जाने वाले प्रकाश संश्लेषक प्रकाश संचयन परिसर) के क्वांटम प्रभाव का अध्ययन अन्य प्रकाश संश्लेषण प्रणालियों में क्वांटम प्रभाव के साथ-साथ अच्छी तरह से किया गया है। इन घटनाओं की व्याख्या करने के लिए सबसे आम परिकल्पनाओं में से एक (एफएमओ कॉम्प्लेक्स पर ध्यान केंद्रित करना) पर्यावरण-सहायता प्राप्त क्वांटम ट्रांसपोर्ट (ENAQT) है जिसे मूल रूप से रेबेंट्रोस्ट एट अल द्वारा वर्णित किया गया है । । यह तंत्र बताता है कि क्वांटम परिवहन की दक्षता में सुधार करने के लिए कुछ क्वांटम नेटवर्क डिकॉरेन्स और पर्यावरणीय प्रभावों का "उपयोग" कैसे कर सकते हैं। नोट क्वांटम effectss के परिवहन से उत्पन्न होती हैं कि excitons दूसरे करने के लिए परिसर में एक वर्णक (क्लोरोफिल) से। (एक सवाल है जो एफएमओ कॉम्प्लेक्स के क्वांटम प्रभावों पर थोड़ा और विस्तार से चर्चा करता है)।

यह देखते हुए कि यह तंत्र क्वांटम प्रभावों के लिए कमरे के तापमान पर जगह लेने की अनुमति देता है, जो कि डिकॉयेंस के नकारात्मक प्रभावों के बिना, क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए उनके किसी भी अनुप्रयोग हैं? कृत्रिम प्रणालियों के कुछ उदाहरण हैं जो ENAQT और संबंधित क्वांटम प्रभाव का उपयोग करते हैं। हालांकि, वे बायोमीमैटिक सौर कोशिकाओं को एक संभावित अनुप्रयोग के रूप में प्रस्तुत करते हैं और क्वांटम कंप्यूटिंग में अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित नहीं करते हैं।

मूल रूप से, यह अनुमान लगाया गया था कि एफएमओ कॉम्प्लेक्स ग्रोवर के खोज एल्गोरिथ्म को निष्पादित करता है, हालांकि, जो मैं समझता हूं, यह अब से दिखाया गया है कि यह सच नहीं है।

कुछ अध्ययन हुए हैं जो जीव विज्ञान में नहीं पाए गए क्रोमोफोरस और सब्सट्रेट्स का उपयोग करते हैं (बाद में संदर्भ जोड़ देंगे)। हालांकि, मैं उन प्रणालियों पर ध्यान केंद्रित करना चाहूंगा जो एक जैविक सब्सट्रेट का उपयोग करते हैं।

यहां तक कि जैविक सब्सट्रेट के लिए इंजीनियर सिस्टम के कुछ उदाहरण हैं जो ENAQT का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, आनुवंशिक इंजीनियरिंग का उपयोग करके एक वायरस-आधारित प्रणाली विकसित की गई थी। एक डीएनए आधारित एक्साइटोनिक सर्किट भी विकसित किया गया था। हालाँकि, इनमें से अधिकांश उदाहरण फोटोवोल्टिक्स को एक मुख्य उदाहरण के रूप में प्रस्तुत करते हैं और क्वांटम कंप्यूटिंग को नहीं।

क्वांटम जैविक कंप्यूटिंग के रूप में क्वांटम प्रभाव का अध्ययन करने के लिए वट्टे और कॉफमैन (AFAIK) पहले थे, और उन्होंने क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए FMO कॉम्प्लेक्स के समान एक प्रणाली इंजीनियरिंग का एक तरीका प्रस्तावित किया।

नए प्रकार के कंप्यूटर बनाने के लिए हम इस तंत्र का उपयोग कैसे कर सकते हैं? हल्की कटाई के मामले में सिस्टम का कार्य प्रतिक्रिया केंद्र के लिए सबसे तेज़ संभव तरीके से परिवहन करना है जिसकी स्थिति ज्ञात है। एक कम्प्यूटेशनल कार्य में हम आमतौर पर कुछ जटिल फ़ंक्शन का न्यूनतम पता । सादगी के लिए इस फ़ंक्शन को 0 से K तक केवल असतत मान हैं। यदि हम इस फ़ंक्शन के मानों को क्रोमोफोरस की इलेक्ट्रोस्टैटिक साइट ऊर्जाओं में मैप करने में सक्षम हैं और हम उनके पास प्रतिक्रिया केंद्र तैनात करते हैं कुछ दर tra के साथ excitons और प्रत्येक प्रतिक्रिया केंद्र पर वर्तमान तक पहुंच सकता है यह क्रोमोफोर पर exciton खोजने की संभावना के साथ आनुपातिक होगा $f_n$ $H_{nn} = \epsilon_0 f_n$ $κ$ $j_n ∼ κ\rho_{nn}$ ।

क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए जैविक सब्सट्रेट पर एफएमओ कॉम्प्लेक्स के क्वांटम प्रभाव का उपयोग कैसे किया जा सकता है? यह देखते हुए कि नेटवर्क संरचनाओं पर excitons के परिवहन के कारण क्वांटम प्रभाव होता है, क्या ENAQT नेटवर्क-आधारित एल्गोरिदम के अधिक कुशल कार्यान्वयन प्रदान कर सकता है (उदा: सबसे छोटा रास्ता, यात्रा विक्रेता, आदि)?

यदि आवश्यक हुआ तो PS मैं और अधिक प्रासंगिक संदर्भ जोड़ूंगा। इसके अलावा, प्रासंगिक संदर्भों को भी जोड़ने के लिए स्वतंत्र महसूस करें।

decoherence biology biocomputing

— TanMath
स्रोत

अन्य प्रासंगिक लिंक: cstheory.stackexchange.com/questions/19992/… egtheory.wordpress.com/2013/04/08/cell-computer

— TanMath

@downvoter कृपया बताएं कि क्यों? और मैं प्रश्न को कैसे सुधार सकता हूं?

— तन्माथ ०

"वाट्टे और कॉफ़मैन क्वांटम जैविक कंप्यूटिंग के रूप में क्वांटम प्रभावों का अध्ययन करने वाले पहले (AFAIK) थे, और उन्होंने क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए FMO कॉम्प्लेक्स के समान एक प्रणाली इंजीनियरिंग का एक तरीका प्रस्तावित किया।" किस कागज में

— user1271772

@ user1271772 इसके बारे में क्षमा करें, लिंक जोड़ दिया गया है ...

— TanMath

धन्यवाद अब मैं इसे देखता हूं। इसे देखने के बाद, मैं केवल इतना कह सकता हूं कि एक समय था जब "क्वांटम बायोलॉजी" पर पेपर प्रकाशित करने के लिए बहुत सेक्सी था, लेकिन जैसा कि पैराग्राफ 2-4 मेरे उत्तर में बताते हैं, क्वांटम बायोलॉजी कोई नई बात नहीं है। इसके अलावा, हम यह भी प्रकाशित कर सकते हैं कि एक क्वांटम कंप्यूटर को एक ब्लैक होल के पास परमाणुओं से बाहर कैसे बनाया जा सकता है (जो क्वांटम यंत्रवत् व्यवहार करता है), लेकिन यह पता चलता है कि व्यावहारिक रूप से सभी क्यूसी हार्डवेयर कंपनियों ने सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट चुने हैं, और यह है क्योंकि वे क्यूसी के लिए वर्तमान में ज्ञात किसी भी चीज़ से बहुत बेहतर हैं।

— user1271772

मैं पहले पैराग्राफ में आपके द्वारा लिखे गए अधिकांश से सहमत हूं, हालांकि मैं कहूंगा कि रेबेंस्ट्रोस्ट एट अल के रूप में लगभग उसी समय (केवल 1 महीने के अलावा!)। आपके द्वारा उल्लेखित कागज, एक बहुत ही समान कागज को प्लेनियो और ह्यूएलगा द्वारा "एक्सहासिंग असिस्टेड ट्रांसपोर्ट: क्वांटम नेटवर्क इन बायोमोलेक्यूल्स" कहा जाता था। यह वास्तव में रिबेंट्रोस्ट एट अल के रूप में एक ही पत्रिका में प्रकाशित हुआ। कागज, लेकिन कुछ महीने पहले। वहाँ भी था Mohseni एट अल। के पर्यावरण की सहायता से क्वांटम संश्लेषक ऊर्जा स्थानांतरण में वॉक्स 8 दिन Plenio-Huelga कागज से पहले एक पत्रिका में एक महीने से Rebentrost एट अल। पहले arXiv पर तैनात है, और प्रकाशित किया।

लेकिन वास्तव में उस सब से 13 साल पहले, नैन्सी माकरी और यूनुजी सिम ने बैक्टीरियाओक्लोरोफिल्स ( यह और यह देखें ) में इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण के लिए पूर्ण क्वांटम जुटना का अनुकरण करते हुए पत्र लिखे थे । इसके अलावा 11 साल पहले, नोबेल विजेता रूडी मार्कस ने एक ही प्रणाली में ऊर्जा हस्तांतरण का अध्ययन करने के लिए मार्कस सिद्धांत का उपयोग किया , और इस समीक्षा को ग्रन्थ सूची में सूचीबद्ध 331 पत्रों के साथ लिखा ।

तो बैक्टीरियोक्लोरोफिल में ऊर्जा हस्तांतरण का अध्ययन करने के लिए क्वांटम यांत्रिकी का उपयोग उस रिबेंट्रोस्ट एट अल से पहले दशकों तक चला जाता है। कागज, और यह 2007 एंगेल पेपर था जिसका आपने उल्लेख किया था, जहां उन्होंने ऊर्जा हस्तांतरण को क्वांटम कंप्यूटिंग से जोड़ा, जिसने ब्याज की एक नई लहर बनाई (क्वांटम कंप्यूटिंग समुदाय में शामिल है जो पहले जैविक / रासायनिक ऊर्जा हस्तांतरण में रुचि नहीं रखते थे, उदाहरण पहले पैराग्राफ में उल्लिखित दो 2008 के पेपर हैं, जिसमें क्वांटम कंप्यूटिंग के लेखक जैसे मार्टिन प्लेनियो और सेठ लॉयड) हैं।

मुझे रॉयल सोसाइटी की रॉयल सोसाइटी की बैठक में "क्वांटम सुसंगत ऊर्जा हस्तांतरण: जीव विज्ञान और नई ऊर्जा प्रौद्योगिकियों के लिए निहितार्थ" को देखने का मौका मिला , वह 6 महीने से भी कम समय पहले मर गया था, और उसने क्वांटम पूर्वाग्रह को अध्याय 4 के अध्याय 4 में वापस पाया। श्रोडिंगर की पुस्तक " व्हाट इज लाइफ? " जो इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण द्वारा उत्परिवर्तित होने के बारे में बात करती है (जिसे अब हम उच्च विद्यालय जीव विज्ञान में सीखते हैं: यूवी विकिरण उत्तेजना पैदा करता है जिसके कारण थाइमिन डिमर का निर्माण होता है , जिससे कैंसर होता है)।

जब आप कहते हैं कि चीजें आपके दूसरे पैराग्राफ में दिलचस्प हो जाती हैं:

यह देखते हुए कि यह तंत्र क्वांटम प्रभावों के लिए कमरे के तापमान पर जगह लेने की अनुमति देता है, जो कि डिकॉयेंस के नकारात्मक प्रभावों के बिना, क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए उनके किसी भी अनुप्रयोग हैं?

करने के लिए अपने जवाब में यह मैं ने बताया कि अगर excitations कोई वैक्यूम मोड के साथ एक निर्वात में थे (QED में, यहां तक कि एक वैक्यूम मोड कि excitations सहभागिता कर सकता है), तो ऊर्जा बस वापस स्थानांतरित होगा और आगे ( रबी दोलनों ) Poincaré पुनरावृत्ति प्रमेय के क्वांटम संस्करण के कारण अनिश्चित काल के लिए । आप देख सकते हैं कि जब मैं डिकॉरेन्स को चालू करता था, तो ये रबी दोलन सिर्फ भीग नहीं जाते थे, लेकिन साथ ही उत्तेजना प्रतिक्रिया केंद्र के प्रति "फ़नल" हो जाती थी, इसलिए यह बाद के प्रकाश संश्लेषण को ईंधन देने की अनुमति देता है। यही कारण है कि इसे "डीकोहेरेंस-चालित" ऊर्जा हस्तांतरण कहा जाता है, और आप क्यों कहते हैं कि क्वांटम प्रभाव "विकृति के नकारात्मक प्रभावों के बिना" होता है।

क्वांटम कंप्यूटिंग के निहितार्थ हालांकि अधिक सूक्ष्म हैं।

ध्यान दें कि सुसंगतता 1ps के बाद व्यावहारिक रूप से चली गई थी (ध्यान दें कि रबी दोलन 1ps पर चले गए हैं)। इसका मतलब यह है कि काढ़ा अभी भी खराब है, वास्तव में कुछ क्वांटम कंप्यूटर उम्मीदवारों की तुलना में बहुत खराब है जैसे कि फॉस्फोरस-डोपिंग सिलिकॉन ।

एक अन्य तरीके से कहा गया है, कि सुसंगतता को FMO में लगभग 1ps के भीतर मार दिया जाता है, जबकि फॉस्फोरस-डॉप्ड सिलिकॉन में यह ट्रिलियन से अधिक 1ps से अधिक समय तक बना रहता है। परिमाण के 12 आदेशों के इस अंतर से आपको आश्चर्यचकित नहीं होना चाहिए, क्योंकि FMO का मतलब क्वांटम कंप्यूटर नहीं था (यह गीला, शोर, वातावरण से भरा हुआ स्रोत है), जबकि फॉस्फोरस-डॉपिक सिलिकॉन प्रयोगों को जानबूझकर किया गया था ऐसी स्थितियाँ जो लेखकों को सबसे लंबे समय तक कमरे के तापमान पर सुसंगतता प्राप्त करने की अनुमति देंगी।

तो संक्षेप में:

काढ़े प्रकाश संश्लेषण कार्य में मदद करता है,
डिकॉयेंस एफएमओ में तेजी से होता है (लगभग 1ps, कुछ सेकंड के उम्मीदवारों के लिए सेकंड)
सर्किट-आधारित क्वांटम कंप्यूटर को लंबे समय तक सुसंगतता की आवश्यकता होती है
सर्किट आधारित क्वांटम कंप्यूटर अच्छा प्रदर्शन नहीं करेंगे, यदि सुसंगतता 1ps के बाद पूरी तरह से खो जाती है, खासकर अगर क्वांटम गेट्स 100ns प्रत्येक लेते हैं (जो कि सुपरकंडक्टिंग क्यूसी के लिए एक यथार्थवादी अनुमान है)।
इसलिए मैं सर्किट-आधारित क्वांटम कंप्यूटर में क्विड के लिए क्रोमोफोरस में उत्तेजना का चयन नहीं करता। इस तरह के क्वांटम कंप्यूटर के कम से कम सक्षम होने की संभावना है, क्योंकि वर्तमान में जो मशीनें असली कंपनियों द्वारा बनाई जा रही हैं, वे अच्छे क्वांटम कंप्यूटर बनाने की बहुत कोशिश कर रही हैं: आईबीएम, गूगल, डी-वेव, रिगेटी, इंटेल, अलीबाबा, आदि सभी उपयोग करते हैं। सुपरकंडक्टिंग सिस्टम, जैविक क्रोमोफ़ोर्स नहीं)।

लब्बोलुआब यह है कि यह बहुत दिलचस्प है कि हम सुसंगत 2 डी स्पेक्ट्रोस्कोपी के माध्यम से एफएमओ के ऊर्जा हस्तांतरण में क्वांटम सुसंगतता का निरीक्षण करने में सक्षम हैं, लेकिन यह सुसंगतता लगभग नहीं रहती है जब तक कि हमें दोष-सहिष्णु क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए इसकी आवश्यकता होती है, और QCs कि प्रयोगशाला में विशेष रूप से क्वांटम कंप्यूटिंग में अच्छा प्रदर्शन करने के लिए इंजीनियर किया गया है, बहुत लंबे समय तक सुसंगतता है। अन्यथा, आईबीएम, गूगल, डी-वेव, रिगेटी, इंटेल, अलीबाबा आदि जैविक क्रोमोफोर्स का उपयोग करेंगे, सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट नहीं।उन कंपनियों को एफएमओ में क्वांटम सुसंगतता के बारे में अच्छी तरह से पता है। वास्तव में जैसा कि मेरे पहले पैराग्राफ में कहा गया था, मोहसेनी पहली बार एफएमओ में (2008 में) इस लहर में जुटने के बारे में लिखी थी जो एंगेल के 2007 के पेपर के बाद शुरू हुई थी। लगता है कि मोहसिन कहाँ काम करता है? गूगल। आपने कहा कि ENAQT मूल रूप से पैट्रिक रेबेंट्रोस्ट द्वारा प्रस्तावित किया गया था। पैट्रिक Xanadu में काम करता है, जो फोटोनिक QCs बनाने की कोशिश कर रहा है, क्रोमोफोरिक QCs नहीं। पैट्रिक के पीएचडी पर्यवेक्षक एलन असपुरु-गुज़िक, जिन्होंने आपके द्वारा पोस्ट किए गए डीएनए सहित, उल्लिखित पत्रों के 4 (कम से कम) लेखक थे, Google और रिगेटी की क्वांटम टीमों में कई अन्य लोगों के पीएचडी सलाहकार भी थे।ये कंपनियां FMO में सुसंगतता के बारे में जानती हैं, उन FMO पत्रों पर प्रमुख लेखकों में से कई को रोजगार देती हैं, और यदि FMO- प्रेरित क्वांटम कंप्यूटर बनाने के लिए यह एक अच्छा विचार था, तो वे इसे जानती थीं, लेकिन इसके बजाय वे सभी सुपरकंडक्ट क्वैब का उपयोग करती हैं और कभी-कभी आयन-जाल या फोटोनिक्स ।

— user1271772
स्रोत

क्या फास्फोरस-डॉप्ड सिलिकॉन सिस्टम कमरे के तापमान पर क्वांटम एल्गोरिदम का प्रदर्शन कर रहे हैं?

— तन्माथ

मुझे लगता है कि प्रश्नकर्ता से यह पूछने का मतलब है, "सुसंगतता अपेक्षा से अधिक समय तक क्यों रहती है, और उस घटना की किसी भी समझ को क्वांटम कंप्यूटर (सुपरकंडक्टिंग क्वांटम कंप्यूटर) पर लागू किया जा सकता है ताकि उनके सुसंगत समय में सुधार हो सके?" आपके सवाल का एक अलग सवाल का जवाब लगता है, अर्थात् "एफएमओ-आधारित क्वांटम कंप्यूटर का उपयोग करने वाले क्षेत्र में नेता क्यों नहीं हैं?" सार्थक और महत्वपूर्ण उन दो प्रश्नों में अंतर, मेरा मानना है।

— Psitae