論文の概要: A Quantum trajectory picture of single photon absorption and energy
transport in photosystem II
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.13811v3
- Date: Tue, 9 Aug 2022 02:40:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-10 07:34:54.737251
- Title: A Quantum trajectory picture of single photon absorption and energy
transport in photosystem II
- Title（参考訳）: 光系における単一光子吸収とエネルギー輸送の量子軌道像II
- Authors: Robert L. Cook, Liwen Ko, K. Birgitta Whaley
- Abstract要約: 光系II(PSII)と相互作用する単一光子の制限症例に対する光合成の最初のステップについて検討する。
我々は、平均的な進化だけでなく、システムの条件進化も考慮できる量子軌道理論を用いて、我々のシステムをモデル化する。
フォノンモデルの長期進化は、実験的に一貫した量子効率を92%と予測する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: In this work we study the first step in photosynthesis for the limiting case
of a single photon interacting with photosystem II (PSII). We model our system
using quantum trajectory theory, which allows us to consider not only the
average evolution, but also the conditional evolution of the system given
individual realizations of idealized measurements of photons that have been
absorbed and subsequently emitted as fluorescence. The quantum nature of the
single photon input requires a fully quantum model of both the input and output
light fields. We show that PSII coupled to the field via three collective
``bright states'', whose orientation and distribution correlate strongly with
its natural geometry. Measurements of the transmitted beam strongly affects the
system state, since a (null) detection of the outgoing photon confirms that the
system must be in the electronic (excited) ground state. Using numerical and
analytical calculations we show that observing the null result transforms a
state with a low excited state population $O( 10^{-5} )$ to a state with nearly
all population contained in the excited states. This is solely a property of
the single photon input, as we confirm by comparing this behavior with that for
excitation by a coherent state possessing an average of one photon, using a
smaller five site ``pentamer'' system. We also examine the effect of a
dissipative phononic environment on the conditional excited state dynamics. We
show that the environment has a strong effect on the observed rates of
fluorescence, which could act as a new photon-counting witness of excitonic
coherence. The long time evolution of the phononic model predicts an
experimentally consistent quantum efficiency of 92%.
- Abstract（参考訳）: 本研究は,光系II(PSII)と相互作用する単一光子の制限症例に対する光合成の最初のステップを研究する。
我々は、平均的な進化だけでなく、吸収された後に蛍光として放出された光子の理想化された測定の個々の実現を与えられたシステムの条件進化も考慮できる量子軌道理論を用いて、我々のシステムをモデル化する。
単一光子入力の量子性は、入力と出力の両方の光場の完全な量子モデルを必要とする。
その結果、psiiは3つの集合「ブライト状態」を介して場と結合し、その方向と分布は自然幾何学と強く相関することを示した。
送信されたビームの測定は、放出光子の(ヌル)検出が、システムが電子的(励起された)基底状態であることを確認するため、システム状態に大きく影響する。
数値的および解析的な計算により、ヌル結果の観測は、励起率の低い状態の人口 $o(10^{-5} )$ を持つ状態から、励起状態に含まれる人口のほぼ全てを含む状態へと変換する。
これは単に単一の光子入力の特性であり、より小さな5つのサイト ``pentamer'' システムを用いて、平均1つの光子を持つコヒーレント状態による励起の挙動と比較することによって確認する。
また, 消音音環境が条件付励起状態ダイナミクスに及ぼす影響についても検討した。
我々は,この環境が蛍光の観測速度に強い影響を与え,励起コヒーレンスを示す新しい光子計数証として機能することを示した。
フォノンモデルの長期進化は、実験的に一貫した量子効率を92%と予測する。
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