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简单光合作用模型中的能量转移和量子关联

作　者: 蒋密
导　师: 匡乐满
学　校: 湖南师范大学
专　业: 理论物理
关键词: 光合作用模型能量转移效率量子关联量子纠缠
分类号: O431.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文研究了一个简单的光合作用模型中的激子能量转移和量子关联。本文研究的简单的光合作用模型是一个由一个两能级能量供体和一个两能级能量接受体形成的二聚体模型。我们详细研究了能量供体和能量接受体的的不同的初态怎样影响激子能量转移的效率,以及在能量转移过程中能量转移的效率和供体与接受体的量子关联之间的关系。本文获得的主要研究结果如下：获得了非纠缠纯态情况下的能量转移效率的解析表达式,表明了能量转移效率随时间的变化规律,这个转移效率与混合角,阻尼函数和二聚体的本征能量有关。发现在稳态情况下,激子能量转移效率只依赖于供体和接受体之间的耦合角。当供体和接受体共振时,能量转移效率最大。供体和接受体的失谐量的增大会降低能量的转移效率。当供体和接受体之间的相互作用消失不能实现供体和接受体之间的能量转移。获得了X-型的初态情况下能量转移效率的解析表达式,表明当系统处于稳态时,能量的转移效率最大。发现当二聚体初始处于对称贝尔态时,系统的能量从能级间隙较小的供体(接受体)转移到能级间隙较大的接受体(供体),当二聚体初始处于反对称贝尔态时,系统的能量从能级间隙较大的供体(接受体)转移到能级间隙较小的接受体(供体)。获得了非纠缠纯态情况下的能量转移过程中供体-接受体量子纠缠和量子亏损(Quantum discord)的解析表达式,揭示了稳态情况下能量转移效率与量子纠缠和量子Discord的关系。在能量转移效率最大的点,能量供体和接受体之间的量子纠缠消失。在量子纠缠最大的点,能量转移效率不是最大。在最大纠缠点的左边区域,量子纠缠随能量转移效率的增大而增大,在最大纠缠点的右边区域,量子纠缠随能量转移效率的增大而减小。表明量子关联和量子纠缠相对能量转移效率的变化有相似的变化趋势。获得了X-型的初态情况下能量供体-接受体量子纠缠和量子Discord的解析表达式,揭示了稳态情况下量子纠缠和量子Discord与能量转移效率之间的变化关系。表明量子Discord随能量转移效率之间的变化存在一个临界点Q。当Discord小于临界点Q的量子关联时,能量转移效率随量子关联的增加而增大,当Discord关联大于临界点Q的量子关联时,能量转移效率随量子关联的增加而减小。表明能量转移效率随量子关联的变化和它与量子纠缠的变化有相似的规律。光合作用过程中的激子能量转移是一个非常复杂的物理过程,本文利用的二聚体模型仅仅是一个最理想化的简单模型,只包含一个能量供体和一个能量接受体,并且能量供体和一个能量接受体都被假设为两能级系统。这样的简单模型不能反映能量供体与供体之间以及能量接受体与接受体之间的相互作用。另一方面,本文研究的二聚体模型与环境的相互作用也是理想的相位阻尼模型。怎样发展更能反映实际的光合作用过程的激子能量转移的物理模型以及探索量子关联在能量转移过程中的作用是有待进一步研究的问题。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-9
第一章绪论  9-13
第二章量子关联的基本理论  13-25
  §2.1 引言  13-14
  §2.2 量子并发的度量  14-16
    §2.2.1 纯态的量子并发(Concurrence)  14-15
    §2.2.2 混合态的量子并发  15-16
  §2.3 量子亏损的度量  16-25
    §2.3.1 一般态的量子亏损  16-20
    §2.3.2 X型态的量子亏损  20-25
第三章简单光合作用模型及其精确求解  25-33
  §3.1 引言  25
  §3.2 两能级系统跟环境的相互作用  25-28
  §3.3 简单光合作用系统模型  28-33
第四章简单模型中的能量转移和量子关联的演化  33-47
  §4.1 引言  33
  §4.2 不同初态下的能量转移效率  33-37
  §4.3 能量转移效率和量子关联之间的关系  37-47
第五章总结与展望  47-49
参考文献  49-56
致谢  56-57

简单光合作用模型中的能量转移和量子关联

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