論文の概要: Quantum-enhanced photoprotection in neuroprotein architectures emerges from collective light-matter interactions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.15403v1
- Date: Thu, 9 May 2024 21:38:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-01 07:11:08.796176
- Title: Quantum-enhanced photoprotection in neuroprotein architectures emerges from collective light-matter interactions
- Title（参考訳）: 集合的な光-物質相互作用から生じる神経タンパク質構造における量子強調光保護
- Authors: Hamza Patwa, Nathan S. Babcock, Philip Kurian,
- Abstract要約: 神経タンパク質構造における超放射能の集合的量子光学効果について検討する。
我々は、アクチンフィラメント束とアミロイドフィブリルを模擬して、明るい超放射能状態が出現すると予想する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: We study here the collective quantum optical effect of superradiance in neuroprotein architectures. This phenomenon arises from the interaction of the electromagnetic field with an organized network of tryptophan chromophores, where each can be effectively modeled as a two-level quantum emitter. Building on our prior experimental confirmation of single-photon superradiance in microtubules, we predict that bright superradiant states will also emerge in simulated actin filament bundles and amyloid fibrils, which manifests in the form of high quantum yields that are robust to static disorder up to five times that of room temperature. For microtubules and amyloid fibrils, the quantum yield is enhanced with increasing system size, contrary to the conventional expectations of quantum effects in a thermally equilibrated environment. We conduct our analyses using a non-Hermitian Hamiltonian derived from the Lindblad equation for an open quantum system that describes the interaction of a chromophore network with the electromagnetic field, in the single-photon limit. Our detailed quantum yield predictions in realistic neuroprotein structures -- including analysis of the potential information-processing applications of correlated superradiant and subradiant states at divergent timescales -- provide motivation for a range of in vitro experiments to confirm these quantum enhancements, which can serve in vivo as a mechanism for dissipating or downconverting high-energy UV metabolic photon emissions in intensely oxidative pathological environments, including those found in Alzheimer's disease and related dementias.
- Abstract（参考訳）: ここでは、神経タンパク質構造における超放射能の集合的量子光学効果について研究する。
この現象は、電磁場とトリプトファンクロフォアの組織されたネットワークとの相互作用から生じ、それぞれを2レベル量子エミッタとして効果的にモデル化することができる。
微小管における単一光子超放射能の事前実験に基づいて、室温の最大5倍の静的な乱れに頑健な高量子収率の形で表されるアクチンフィラメント束とアミロイドフィブリルのシミュレーションにおいても、明るい超放射能状態が出現すると予想した。
マイクロチューブやアミロイドフィブリルの場合、熱平衡環境における従来の量子効果の期待に反して、量子収量はシステムサイズの増加とともに増大する。
我々は、単一光子極限におけるクロモフォアネットワークと電磁場との相互作用を記述するオープン量子系に対して、リンドブラッド方程式から導かれる非エルミートハミルトニアンを用いて分析を行う。
我々の現実的な神経タンパク質構造における詳細な量子収率予測 -- 発散した時間スケールで相関する超ラジカル状態と亜ラジカル状態の潜在的な情報処理応用の分析を含む -- は、これらの量子拡張をin vivoで確認するための様々な実験の動機を与え、アルツハイマー病や関連する認知症を含む、強酸化的な病態下で高エネルギーのUV代謝光子放出を散逸または弱変換するメカニズムとして機能する。
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