論文の概要: Quantum memory circuit for ion channel dynamics in the nervous system
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.12362v1
- Date: Tue, 19 Nov 2024 09:22:57 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-20 13:35:46.373174
- Title: Quantum memory circuit for ion channel dynamics in the nervous system
- Title（参考訳）: 神経系におけるイオンチャネルダイナミックスのための量子メモリ回路
- Authors: Yu-Juan Sun, Wei-Min Zhang,
- Abstract要約: イオンチャネルをナノスケールの2末端イオントンネル接合としてモデル化する。
2つの終端イオントンネル接合に作用する外部時間変化電圧は、外部からのニューロンの刺激を模倣する。
I-V曲線における非零交差点の数と微分コンダクタンスの振動が、アクティブな量子メモリを定量的に記述する特性であることがわかった。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.07180164747172
- License:
- Abstract: The opening or closing mechanism of a voltage-gated ion channel is triggered by the potential difference crossing the cell membrane in the nervous system. Based on this picture, we model the ion channel as a nanoscale two-terminal ionic tunneling junction. External time-varying voltage exerting on the two-terminal ionic tunneling junction mimics the stimulation of neurons from the outside. By deriving the quantum Langevin equation from quantum mechanics, the ion channel current is obtained by the quantum tunneling of ions controlled by the time-varying voltage. The time-varying voltage induces an effective magnetic flux which causes quantum coherence in ion tunnelings and leads to sideband effects in the ion channel current dynamics. The sideband effects in the ionic current dynamics manifest a multi-crossing hysteresis in the I-V curve, which is the memory dynamics responding to the variation of the external voltage. Such memory dynamics is defined as the active quantum memory with respect to the time-varying stimuli. We can quantitatively describe how active quantum memory is generated and changed. We find that the number of the non-zero cross points in the I-V curve hysteresis and the oscillation of the differential conductance are the characteristics for quantitatively describing the active quantum memory. We also explore the temperature dependence of the active quantum memory in such a system. The discovery of this active quantum memory characteristics provides a new understanding about the underlying mechanism of ion channel dynamics.
- Abstract（参考訳）: 電位ゲートイオンチャネルの開閉機構は、神経系の細胞膜を交差する電位差によって引き起こされる。
この画像に基づいて、イオンチャネルをナノスケールの2末端イオントンネル接合としてモデル化する。
2つの終端イオントンネル接合に作用する外部時間変化電圧は、外部からのニューロンの刺激を模倣する。
量子力学から量子ランゲヴィン方程式を導出することにより、時間変化電圧で制御されるイオンの量子トンネルによりイオンチャネル電流が得られる。
時間変化電圧は、イオントンネルにおける量子コヒーレンスを引き起こし、イオンチャネル電流力学におけるサイドバンド効果をもたらす効果的な磁気束を誘導する。
イオン電流力学におけるサイドバンド効果は、外部電圧の変動に応答するメモリダイナミクスであるI-V曲線において多重交差ヒステリシスを示す。
このようなメモリダイナミクスは、時間変化刺激に対するアクティブな量子メモリとして定義される。
アクティブな量子メモリの生成と変更について定量的に記述することができる。
I-V曲線ヒステリシスにおけるゼロでないクロスポイントの数と微分コンダクタンス振動が、アクティブな量子メモリを定量的に記述する特性であることがわかった。
また、そのようなシステムにおけるアクティブ量子メモリの温度依存性についても検討する。
このアクティブな量子メモリ特性の発見は、イオンチャネルダイナミクスの基礎となるメカニズムに関する新たな理解を提供する。
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