Высокоэффективный перенос энергии возбуждения в светособирающих комплексах: фундаментальная роль транспорта, обусловленного шумом

Перенос возбуждения во взаимодействующих системах играет важную роль во многих областях физики, химии и биологии. Обычно считается, что неконтролируемое взаимодействие сети передачи с шумной окружающей средой ухудшает ее транспортные характеристики, особенно если система имеет фундаментально квантовую природу. Здесь мы выявляем ключевые механизмы, посредством которых шум, например дефазировка, возможно, вопреки интуиции, способен содействовать переносу через диссипативную сеть, открывая дополнительные пути передачи возбуждения. Мы показываем, что эти процессы приводят к подавлению деструктивной интерференции и использованию эффектов уширения линий. Мы иллюстрируем действие этих механизмов на полностью связной сети, разрабатывая мощный аналитический метод, позволяющий выявлять инвариантные подпространства (подпространства захвата возбуждения) заданного гамильтониана. Наконец, мы показываем, как эти принципы могут объяснить выдающиеся эффективность и устойчивость переноса энергии возбуждения от светособирающих хлоросом к бактериальному реакционному центру в фотосинтетических комплексах, и представляем численный анализ переноса возбуждения через комплекс Фенно—Мэттью—Олсона вместе с кратким анализом его свойств запутанности. Наши результаты показывают, что в общем случае именно тонкое взаимодействие квантово-механических особенностей и неизбежного шума окружающей среды приводит к оптимальной эффективности системы.