FMO複合体の量子コヒーレンスは、量子コンピューティング（生物学的基板上）にとって重要ですか？

FMO複合体（緑色硫黄細菌に見られる光合成光収穫複合体）の量子効果は、他の光合成システムの量子効果と同様によく研究されています。これらの現象を説明するための最も一般的な仮説の1つ（FMO複合体に焦点を当てる）は、Rebentrost et al。。このメカニズムは、特定の量子ネットワークがデコヒーレンスと環境効果を「使用」して量子輸送の効率を改善する方法を説明しています。量子効果は、複合体のある色素（クロロフィル）から別の色素への励起子の輸送から生じることに注意してください。（FMO複合体の量子効果についてもう少し詳しく説明する質問があります）。

このメカニズムにより、デコヒーレンスの悪影響なしに室温で量子効果が発生する可能性があるため、量子コンピューティングへの応用はありますか？ENAQTおよび関連する量子効果を利用する人工システムの例がいくつかあります。ただし、バイオミメティック太陽電池は潜在的なアプリケーションとして提示されており、量子コンピューティングのアプリケーションに焦点を合わせていません。

もともと、FMO複合体はGroverの検索アルゴリズムを実行するという仮説が立てられていましたが、私が理解していることから、今ではこれは真実ではないことが示されています。

生物学では見られない発色団と基質を使用する研究がいくつかありました（後で参照を追加します）。ただし、生物学的基質を使用するシステムに焦点を当てたいと思います。

生物学的基質についても、ENAQTを使用する工学システムの例がいくつかあります。たとえば、ウイルスベースのシステムは、遺伝子工学を使用して開発されました。DNAベースの励起子回路をも開発しました。ただし、これらの例のほとんどは、太陽光発電を主な例として示しており、量子コンピューティングは示していません。

VattayとKauffmanは（知る限り）量子生物学的コンピューティングとして量子効果を研究した最初の人物であり、量子コンピューティング用のFMO複合体に類似したシステムを設計する方法を提案しました。

このメカニズムを使用して、新しいタイプのコンピューターをどのように構築できますか？光収集の場合、システムのタスクは、位置が既知の反応センターに可能な限り高速で励起子を輸送することです。計算タスクでは、通常、いくつかの複雑な関数最小値を見つけたいと思います。簡単にするために、この関数には0からKまでの離散値のみを持たせます。この関数の値を発色団の静電サイトエネルギーにマッピングできる場合、$f_n$$H_{nn} = \epsilon_0 f_n$、それらの近くに反応中心を配置します。何らかのレート励起子をトラップし、各反応中心で電流にアクセスできるため、発色団上の励起子を見つける確率に比例します。$κ$$j_n ∼ κ\rho_{nn}$。

FMO複合体の量子効果は、量子コンピューティングの生物学的基板でどのように使用できますか？ネットワーク構造上の励起子の輸送により量子効果が発生する場合、ENAQTはネットワークベースのアルゴリズムのより効率的な実装を提供できますか（例：最短経路、巡回セールスマンなど）。

PS必要に応じて、より関連する参照を追加します。また、関連する参照も自由に追加してください。

私はあなたが最初の段落で書いたものの大部分に同意しますが、Rebentrost et al。とほぼ同時に（たった1ヶ月間！）あなたが言及した論文、PlenioとHuelgaによってarXivに「Dephasing transported：Quantum networks in biomolecules」と呼ばれる非常によく似た論文が投稿され、実際にRebentrost et alと同じジャーナルに掲載されました。紙、しかし数ヶ月前。また、Mohseniらの「光合成エネルギー移動における環境支援量子ウォーク」は、Rebentrostらの1か月前にarXivに投稿され、プレニオ・フエルガの論文の8日前にジャーナルに掲載されました。

しかし実際には、そのすべての13年前に、ナンシーマクリとウンジシムは、バクテリオクロロフィルにおける電子移動の完全な量子コヒーレンスをシミュレートする論文を書きました（これとこれを参照）。またその11年前、ノーベル賞受賞者のRudy MarcusはMarcus理論を使用して同じシステムでのエネルギー移動を研究し、参考文献にリストされた331の論文でこのレビューを書きました。

そのため、バクテリオクロロフィルのエネルギー移動を研究するための量子力学の使用は、Rebentrost et al。よりも数十年前に遡ります。エネルギー伝達を量子コンピューティングに結び付けた2007年のエンゲル紙であり、それが新しい関心の波を生み出しました（以前は生物学的/化学的エネルギー伝達に興味がなかった量子コンピューティングコミュニティを含む）最初の段落で言及した2008年の2つの論文であり、Martin PlenioやSeth Lloydなどの量子コンピューティングの著者を特集しました。

王立協会の会議でボブ・シルビーが「量子コヒーレントなエネルギー移動：生物学と新エネルギー技術への影響」という講演を見る機会を得たのは幸運でした。シュレディンガーの本「What is Life？」は、電子伝達によって引き起こされる突然変異について語っています（現在、高校生の生物学で学んでいます：UV放射は、チミン二量体を形成し、癌を引き起こす励起を引き起こします）。

次のように言うと、次の段落で面白くなってきます。

このメカニズムにより、デコヒーレンスの悪影響なしに室温で量子効果が発生する可能性があるため、量子コンピューティングへの応用はありますか？

私の答えでは、この私は、励起が（QEDであっても真空が励起と対話できるモードがあります）なし真空モードを備えた真空にあった場合、エネルギーはちょうど前後に（移転と指摘ラビ振動を）ポアンカレの再帰定理の量子バージョンが原因で無期限に。デコヒーレンスをオンにすると、これらのラビ振動は減衰しなかっただけでなく、励起が反応中心に向かって「ファンネル化」されたため、後続の光合成を促進できることがわかります。これが「デコヒーレンス駆動」エネルギー移動と呼ばれる理由であり、量子効果は「デコヒーレンスのマイナス効果なしで」起こると言う理由です。

ただし、量子コンピューティングへの影響はより微妙です。

コヒーレンスは実質的に1ps後になくなったことに注意してください（ラビ振動が1psでなくなったことに注意してください）。これは、デコヒーレンスが依然として悪いことを意味し、実際、リンをドープしたシリコンなどのいくつかの量子コンピューターの候補よりもはるかに悪いです。

別の言い方をすると、コヒーレンスは約1ps以内にFMOで殺されますが、リンをドープしたシリコンでは1psより1 兆倍以上長くなります。この12桁の違いに驚かないでください。これは、FMOは量子コンピューター（ウェットでノイズが多く、デコヒーレンスソースに満ちた環境）を意図していないためです。著者が可能な限り最長の室温コヒーレンス時間を得ることができる条件で。

要約すると：

• デコヒーレンスは光合成の働きを助け、
• デコヒーレンスはFMOで急速に発生します（一部のQC候補では約1ps、対数）
• 回路ベースの量子コンピューターは長いコヒーレンス時間を必要とします
• 回路ベースの量子コンピューターは、1ps後にコヒーレンスが完全に失われた場合、特に量子ゲートがそれぞれ100nsかかった場合（超伝導QCの現実的な推定値）、うまく機能しません。
• したがって、回路ベースの量子コンピューターの量子の発色団の励起を選択しません。このような量子コンピューターは、IBM、Google、D-Wave、Rigetti、Intel、Alibabaなどの量子コンピューターを作るために一生懸命努力している実際の企業が現在製造しているマシンほど能力が低い可能性があります生体発色団ではなく、超伝導システム）。

結論として、コヒーレント2D分光法を介してFMOのエネルギー移動で量子コヒーレンスを観察できることは非常に興味深いですが、このコヒーレンスはフォールトトレラントな量子コンピューティングに必要な限り持続しません。また、特に量子コンピューティングで良好に機能するようにラボで設計されたQCのコヒーレンス時間ははるかに長くなります。そうでなければ、IBM、Google、D-Wave、Rigetti、Intel、Alibabaなどは、超伝導量子ビットではなく生物発色団を使用します。これらの企業は、FMOの量子コヒーレンスをよく知っています。実際、私の最初の段落で述べたように、モーセニは、エンゲルの2007年の論文の後に始まったこの波の中で、FMOの一貫性について（2008年）最初に書いた。モーセニが働いていると思いますか？Google。ENAQTは元々Patrick Rebentrostによって提案されたとおっしゃいました。パトリックは、発色性QCではなく、フォトニックQCを作成しようとしているザナドゥで働いています。あなたが投稿したDNAを含め、言及された論文のうち少なくとも4つを執筆したPatrickのPhDスーパーバイザーAlan Aspuru-Guzikは、GoogleおよびRigettiの量子チームの他の複数の人々のPhDアドバイザーでもありました。これらの企業は、FMOの一貫性を知っており、それらのFMO論文で多くの主要著者を雇い、FMOに触発された量子コンピューターを構築することが得策であれば、それを知っていますが、代わりにすべて超伝導量子ビットを使用し、時にはイオントラップまたはフォトニクス。