Физики применили квантовую симуляцию для расшифровки механизмов фотосинтеза

© Depositphotos / Dink101Лист липы в солнечном светеЛист липы в солнечном свете

МОСКВА, 20 ноя — РИА Новости. Международная команда ученых-физиков из НИТУ "МИСиС", Российского квантового центра, Университета Карлсруэ и Университета Майнца из Германии научилась моделировать процессы, которые могут помочь в расшифровке механизмов фотосинтеза. Статья, посвященная этому исследованию, была опубликована в журнале Nature Communications.

Прототип расщепителя воды с рекордно высоким КПД
Ученые: искусственный фотосинтез скоро заменит нефть и газ

Под фотосинтезом чаще всего понимается совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии света в различных реакциях, в том числе преобразование углекислого газа в органические вещества с выделением кислорода. В связи с уменьшением количества растений на Земле воспроизведение фотосинтеза в искусственных условиях является на данный момент весьма актуальной задачей. Но чтобы повторить некий процесс, сначала необходимо его понять. 

Однако данная задачка оказалась крепким орешком, и для поиска ответов на некоторые ее вопросы не хватает мощности компьютеров всего мира. Поэтому исследователи прибегли к моделированию при помощи квантовых компьютеров.

"Свет в момент поглощения его веществом взаимодействует с колебаниями межатомных связей в молекулах, в частности с теми, которые отвечают за фотосинтез. Свойства таких колебаний позволяют молекулам "запасать" большое количество квантов света, то есть энергии. Также известно, что в процессе фотосинтеза поглощается квант света (наименьшая величина в измерении энергии электромагнитных волн) — фотон, и его энергия при взаимодействии с веществом поглощается почти полностью. Коэффициент полезного действия этого процесса больше 50%. Это очень высокоэффективный процесс преобразования энергии света в энергию, "хранящуюся" в материи", — рассказывает Алексей Устинов, заведующий лабораторией "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ "МИСиС" и руководитель группы Российского квантового центра. 

© НИТУ "МИСиС"Алексей Устинов
Алексей Устинов

В данном случае в качестве "ячейки памяти" квантового компьютера были взяты искусственные атомы — кубиты. Они ведут себя как природные частицы, имеют такое же строение на квантовом уровне. Но их структуру (а следовательно, и физические свойства) можно мгновенно менять. В частности, расстояние между энергетическими уровнями, то есть величину энергии, необходимую для перехода искусственного атома с одного уровня на другой. Необходимым для квантовых измерений условием является низкая температура — она поддерживалась на уровне 20 милликельвин, почти абсолютный ноль! Такой экстремальный "мороз" необходим для того, чтобы тепловые колебания не мешали наблюдать за квантово-механическими процессами. 

© НИТУ "МИСиС"Криостат - устройство для создания низкой температуры
Криостат - устройство для создания низкой температуры

Термин "сверхпроводниковый" означает, что материал кубита обладает строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении им температуры ниже определенного значения. Это также необходимо для нейтрализации излишних передвижений электронов. Для считывания состояния кубитов (на чем и основан метода расчета в квантовых компьютерах) использовалось изменение частоты света. 

© НИТУ "МИСиС"Кубиты
Кубиты

 

Систему, в которой есть только один фотон и всего одна двухуровневая система, то есть искусственный атом, можно рассчитать и на обычном компьютере. Но в реальности фотонов много, они могут взаимодействовать с несколькими искусственными системами, и только квантовый компьютер позволяет произвести расчеты в сложной системе, подобной природному процессу фотосинтеза.


РИА Наука
Комментарии
2 пользователя оставили 2 комментария
"В связи с уменьшением количества растений на Земле" посмотрите на фотографии позапрошлого века сделанные в России и сравните с тем что в этих же местах сейчас... были голые холмы и берега рек, а сейчас леса, зелёные улицы городов... это как с глобальным потеплением на планете... у нас морозяка зимой не слабеет да холодрыга уже даже летом, а на Земле потепление.
Физики применили квантовую симуляцию для симуляции расшифровки механизмов фотосинтеза. В этом вся современная наука.
Наверх
Авторизация
He правильное имя пользователя или пароль
Войти через социальные сети
Регистрация
E-mail
Пароль
Подтверждение пароля
Введите код с картинки
He правильное имя пользователя или пароль
* Все поля обязательны к заполнению
Восстановление пароля
E-mail
Инструкции для восстановления пароля высланы на
Смена региона
Идет загрузка...
Произошла ошибка... Повторить
правила комментирования материалов

Регистрация пользователя в сервисе РИА Клуб на сайте Ria.Ru и авторизация на других сайтах медиагруппы МИА «Россия сегодня» при помощи аккаунта или аккаунтов пользователя в социальных сетях обозначает согласие с данными правилами.

Пользователь обязуется своими действиями не нарушать действующее законодательство Российской Федерации.

Пользователь обязуется высказываться уважительно по отношению к другим участникам дискуссии, читателям и лицам, фигурирующим в материалах.

Публикуются комментарии только на тех языках, на которых представлено основное содержание материала, под которым пользователь размещает комментарий.

На сайтах медиагруппы МИА «Россия сегодня» может осуществляться редактирование комментариев, в том числе и предварительное. Это означает, что модератор проверяет соответствие комментариев данным правилам после того, как комментарий был опубликован автором и стал доступен другим пользователям, а также до того, как комментарий стал доступен другим пользователям.

Комментарий пользователя будет удален, если он:

  • не соответствует тематике страницы;
  • пропагандирует ненависть, дискриминацию по расовому, этническому, половому, религиозному, социальному признакам, ущемляет права меньшинств;
  • нарушает права несовершеннолетних, причиняет им вред в любой форме;
  • содержит идеи экстремистского и террористического характера, призывает к насильственному изменению конституционного строя Российской Федерации;
  • содержит оскорбления, угрозы в адрес других пользователей, конкретных лиц или организаций, порочит честь и достоинство или подрывает их деловую репутацию;
  • содержит оскорбления или сообщения, выражающие неуважение в адрес МИА «Россия сегодня» или сотрудников агентства;
  • нарушает неприкосновенность частной жизни, распространяет персональные данные третьих лиц без их согласия, раскрывает тайну переписки;
  • содержит ссылки на сцены насилия, жестокого обращения с животными;
  • содержит информацию о способах суицида, подстрекает к самоубийству;
  • преследует коммерческие цели, содержит ненадлежащую рекламу, незаконную политическую рекламу или ссылки на другие сетевые ресурсы, содержащие такую информацию;
  • имеет непристойное содержание, содержит нецензурную лексику и её производные, а также намёки на употребление лексических единиц, подпадающих под это определение;
  • содержит спам, рекламирует распространение спама, сервисы массовой рассылки сообщений и ресурсы для заработка в интернете;
  • рекламирует употребление наркотических/психотропных препаратов, содержит информацию об их изготовлении и употреблении;
  • содержит ссылки на вирусы и вредоносное программное обеспечение;
  • является частью акции, при которой поступает большое количество комментариев с идентичным или схожим содержанием («флешмоб»);
  • автор злоупотребляет написанием большого количества малосодержательных сообщений, или смысл текста трудно либо невозможно уловить («флуд»);
  • автор нарушает сетевой этикет, проявляя формы агрессивного, издевательского и оскорбительного поведения («троллинг»);
  • автор проявляет неуважение к русскому языку, текст написан по-русски с использованием латиницы, целиком или преимущественно набран заглавными буквами или не разбит на предложения.

Пожалуйста, пишите грамотно — комментарии, в которых проявляется пренебрежение правилами и нормами русского языка, могут блокироваться вне зависимости от содержания.

Администрация имеет право без предупреждения заблокировать пользователю доступ к странице в случае систематического нарушения или однократного грубого нарушения участником правил комментирования.

Пользователь может инициировать восстановление своего доступа, написав письмо на адрес электронной почты moderator@rian.ru

В письме должны быть указаны:

  • Тема – восстановление доступа
  • Логин пользователя
  • Объяснения причин действий, которые были нарушением вышеперечисленных правил и повлекли за собой блокировку.

Если модераторы сочтут возможным восстановление доступа, то это будет сделано.

В случае повторного нарушения правил и повторной блокировки доступ пользователю не может быть восстановлен, блокировка в таком случае является полной.

Чтобы связаться с командой модераторов, используйте адрес электронной почты moderator@rian.ru или воспользуйтесь формой обратной связи.

Заявка на размещение пресс-релиза
Компания
Контактное лицо
Контактный телефон или E-mail
Комментарий
Введите код с картинки
Все поля обязательны к заполнению. Услуга предоставляется на коммерческой основе.
Заявка успешно отправлена