論文の概要: Quantum Effects in Ion Transport: A Thermodynamic Resource Theory Approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.03389v1
- Date: Fri, 4 Oct 2024 12:54:13 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-02 22:39:00.327631
- Title: Quantum Effects in Ion Transport: A Thermodynamic Resource Theory Approach
- Title（参考訳）: イオン輸送における量子効果:熱力学資源論のアプローチ
- Authors: Amin Mohammadi, Afshin Shafiee,
- Abstract要約: 非マルコビアン性は、イオン輸送過程の収量と効率を高める重要な量子資源として機能することを示す。
対照的に、イオン輸送タンパク質のエネルギー状態の重畳として表される量子コヒーレンスは、これらの指標を減少させるが、イオンチャネルとイオンポンプの区別において重要な役割を果たす。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: In recent years, understanding thermodynamics in the quantum regime has garnered significant attention, driven by advances in nanoscale physics and experimental techniques. In parallel, growing evidence supports the importance of quantum effects in various biological processes, making them increasingly relevant to quantum thermodynamics. In this study, we apply resource theory formulations of thermodynamics to investigate the role of quantum properties in ion transport across cell membranes. Within this framework, quantum properties are treated as resources under generalized thermodynamic constraints in the quantum regime. Specifically, our findings reveal that non-Markovianity, which reflects memory effects in ion transport dynamics, serves as a key quantum resource that enhances the yield and efficiency of the ion transport process. In contrast, quantum coherence, manifested as the superposition of energy states in ion-transport proteins, reduces these metrics but plays a crucial role in distinguishing between ion channels and ion pumps: two distinct types of ion-transport proteins in cell membranes. Finally, we demonstrate that introducing an additional coherent system allows coherence to facilitate the transformation of an ion pump into an ion channel.
- Abstract（参考訳）: 近年、量子状態における熱力学の理解は、ナノスケール物理学や実験技術の発展によって大きな注目を集めている。
並行して、成長する証拠は、様々な生物学的プロセスにおける量子効果の重要性を支持し、量子熱力学に関係がますます高まっている。
本研究では、熱力学の資源理論を応用し、細胞膜を横断するイオン輸送における量子的性質の役割を解明する。
この枠組みの中で、量子的性質は、量子状態における一般化熱力学的制約の下で資源として扱われる。
具体的には、イオン輸送力学におけるメモリ効果を反映する非マルコビアン性は、イオン輸送過程の収量と効率を高める重要な量子資源として機能することを示した。
対照的に、イオン輸送タンパク質のエネルギー状態の重畳として表される量子コヒーレンスは、これらの指標を減らし、イオンチャネルとイオンポンプを区別する重要な役割を担っている。
最後に、余剰コヒーレントシステムを導入することで、コヒーレンスによりイオンポンプのイオンチャネルへの変換が容易になることを示す。
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