論文の概要: Excitonic Coupling and Photon Antibunching in Venus Yellow Fluorescent Protein Dimers: A Lindblad Master Equation Approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.14233v1
- Date: Tue, 19 Aug 2025 19:44:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-21 16:52:41.2601
- Title: Excitonic Coupling and Photon Antibunching in Venus Yellow Fluorescent Protein Dimers: A Lindblad Master Equation Approach
- Title（参考訳）: 黄色蛍光タンパク質二量体における励起結合と光子アンチバンチング : リンドブラッドマスター方程式による研究
- Authors: Ian T. Abrahams,
- Abstract要約: We showed strong excitonic coupling and photon antibunching in Venus yellow fluorescent protein (YFP) dimers。
低温冷却はコヒーレンス寿命を量子ゲート操作に必要な状態にまで延長する可能性がある。
結果は、排他的結合、デコヒーレンス、タンパク質アーキテクチャを結合する構造設計の原則を強調している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Strong excitonic coupling and photon antibunching have been observed together in Venus yellow fluorescent protein (YFP) dimers -- a cryptic combination under prevailing theoretical models. In 2019, Kim et al. demonstrated Davydov splitting in Venus dimer circular dichroism (CD) spectra, revealing large negative dimer coupling energy, while antibunching was confirmed by antibunching-fluorescence correlation spectroscopy (AB/FCS fingerprinting). To explain this coexistence, Venus dimer population dynamics are modeled here within a Lindblad master equation framework, justified by the separation of characteristic coupling, dephasing, and thermal relaxation rates. Simulations predict rapid decoherence, consistent with antibunching, indicating that coherence in both the excitonic and site bases is too short-lived to affect photon emission statistics. Despite the absence of long-lived coherence, Venus dimers provide a tractable platform for probing evolutionary pressures on fluorescent protein photophysics and quantum dynamics. Cryogenic cooling could extend coherence lifetimes into the regime required for quantum gate operations, suggesting a route toward fluorescent protein-based qubits. More broadly, the results highlight a structural design principle -- a "bioexciton motif" -- that links excitonic coupling, decoherence, and protein architecture, pointing to general rules by which biology both constrains and inspires quantum technologies.
- Abstract（参考訳）: 強い励起結合と光子アンチバンチンは、金星の黄色蛍光タンパク質(YFP)二量体で一緒に観察されている。
2019年、Kimらは、金星の二量体円二色性(CD)スペクトルにおけるダヴィドフの分裂を実証し、大きな負の二量体カップリングエネルギーを明らかにし、反バンチは反バンチ蛍光相関分光法(AB/FCSフィンガープリント)によって確認された。
この共存を説明するために、Venus dimer population dynamicsはリンドブラッドマスター方程式の枠組みの中でモデル化され、特性結合、脱落、熱緩和率の分離によって正当化される。
シミュレーションは、反バンチングと一致した急激なデコヒーレンスを予測し、励起基とサイト基の両方のコヒーレンスが短命であり、光子放射統計に影響を及ぼすことを示した。
長寿命のコヒーレンスがないにもかかわらず、金星二量体は蛍光タンパク質の光物理と量子力学に進化的な圧力を与えるための引き込み可能なプラットフォームを提供する。
低温冷却は、量子ゲート操作に必要な状態にコヒーレンス寿命を延長し、蛍光タンパク質ベースの量子ビットへの経路を示唆する。
より広範に、この結果は構造設計の原則、すなわち「バイオエクシトンモチーフ」が強調され、励起結合、デコヒーレンス、タンパク質アーキテクチャをリンクし、生物学が量子技術を制約し、刺激する一般的な規則を指している。
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