【研究亮点】北师大艾清课题组 | 光合系统中激子能量转移的有趣量子模拟

RESEARCH ARTICLE

Na-Na Zhang (张娜娜), Ming-Jie Tao (陶明杰), Wan-Ting He (何宛亭), Xin-Yu Chen (陈鑫宇), Xiang-Yu Kong (孔祥宇), Fu-Guo Deng (邓富国), Neill Lambert, and Qing Ai (艾清)*, Efficient quantum simulation of open quantum dynamics at various Hamiltonians and spectral densities, Front. Phys. 16(5), 51501 (2021) 
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近期北京师范大学艾清博士课题组在Frontiers of Physics发表研究论文“不同哈密顿和谱密度下开放量子动力学的有效量子模拟”。作者利用基于核磁共振的量子模拟方法对光合作用系统中的激子能量传递动力学进行了研究。首先，利用量子模拟方法，分析了几何结构对光合捕光天线系统中激子能量传递的影响。结果表明，适当团簇化的结构可以提高能量传递效率。其次，在最佳几何结构的基础上，证明了当施主簇中的低能级分子与受主簇中的高能级分子之间的能级差与环境谱密度的峰值相匹配时，能量传递的效率可以进一步被提高。因此，证明了可以从几何结构与环境谱密度两个角度同时出发对能量转移的效率进行优化。此外，作者还利用量子模拟方法，模拟了三种不同环境谱密度下的激子能量传递动力学，包括欧姆、欠欧姆和超欧姆谱密度。并且，作者首次利用量子模拟方法对三比特量子系统的能量传递动力学进行了数值模拟。本文将量子模拟结果与级联运动方程（HEOM）计算得到的精确结果进行了比较。结果表明，这一量子模拟方法在高温下可以精确地模拟光合作用系统中的激子能量传递动力学。与HEOM相比，作者提出的量子模拟方法极大地降低了计算复杂度，这是作者的量子模拟方法的优势。该量子模拟方法也可用于研究开放量子系统的其他性质，如开放量子系统的马尔可夫与非马尔可夫性。

通信作者简介

Qing Ai, an associate professor of Department of Physics, Beijing Normal University. He received Ph.D. from Tsinghua University in 2009. He then pursued post-doctoral research in Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Science and Taiwan University, and RIKEN. He published about 60 papers, including npj Quantum Inf., Phys. Rev. Lett., and J. Phys. Chem. Lett., which have been cited over 1200 times in Google Scholar. He serves as an editorial board member for Sci. Rep. and reviewers for Phys. Rev. Lett./Phys. Rev. A/ Phys. Rev. Appl./ Phys. Rev. Research, Opt. Express, and Ann. Phys. (Berlin). He received Second Prize in 2019 Teaching Competition for Basic Physics Courses for Young Scholars in Beijing Universities. He mainly focuses on the inter-discipline research of quantum information, physical chemistry and quantum biology.

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Qian Niu, Advances on topological materials, Front. Phys. 15(4), 43601 (2020)可复制此链接至浏览器查看：（https://journal.hep.com.cn/fop/EN/10.1007/s11467-020-0979-z）Special Collection: Recent Advances in Topological Materials (Eds. Yugui Yao, Xiangang Wan, Shengyuan A. Yang, Hua Chen).可复制此链接至浏览器查看：（https://journal.hep.com.cn/fop/EN/collection/showCollection.do?id=194）Special Collection: Inorganic Two-Dimensional Nanomaterials (Eds. Changzheng Wu & Xiaojun Wu).可复制此链接至浏览器查看：（https://journal.hep.com.cn/fop/EN/collection/showCollection.do?id=193）

Special Collection: Graphene and other Two-Dimensional Materials (Eds. Kostya Novoselov, Daria Andreeva, Wencai Ren & Guangcun Shan).可复制此链接至浏览器查看：（https://journal.hep.com.cn/fop/EN/collection/showCollection.do?id=191）
Special Collection: Heterojunction and Its Applications (Ed. Chenghua Sun).可复制此链接至浏览器查看：（https://journal.hep.com.cn/fop/EN/collection/showCollection.do?id=206）
Special Collection: Solar Energy Storage and Applications (Eds. Min Liu and Haotian Wang).可复制此链接至浏览器查看：（https://journal.hep.com.cn/fop/EN/collection/showCollection.do?id=201）

Frontiers of Physics (FOP)期刊简介

Frontiers of Physics (FOP，IF 2.502)是由教育部发起、高教社出版、Springer海外发行的Frontiers系列英文学术期刊之一，旨在报道国际物理学领域的最新成果和研究进展，主要发表Topical Review、Review、Research Article、View & Perspective、Research Highlight，也委托专家组织特定前沿主题的专题。现任总主编：赵光达院士；执行主编：李定平教授；主编：龙桂鲁教授（量子计算与量子信息）、张卫平教授（AMO）、王楠林教授（凝聚态与材料物理）、李海波教授（核物理/粒子物理/天体物理与宇宙学）。期刊已被SCI, JCR, ADS, SCOPUS, INSPEC, Google Scholar, CSCI, CSCD等收录。2013-2018入选中国科技期刊提升计划资助项目，2019年入选中国科技期刊卓越行动计划资助项目。扫码添加《物理学前沿》交流群（或下面右侧的编辑微信号），期刊不定期开展作者分享与学术报告会、微点论坛科普报告会、学术写作培训会等学术活动（点击下方链接到FOP期刊-蔻享直播平台）：

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