密歇根大學(xué)化學(xué)家第一次使用量子糾纏來(lái)檢查蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程只需要極少量的光子。

傳統(tǒng)上，科學(xué)家們使用強(qiáng)大的激光掃描顯微鏡來(lái)研究分子規(guī)模的蛋白質(zhì)。但傳統(tǒng)的激光器存在兩個(gè)問(wèn)題。首先，激光的強(qiáng)度會(huì)損壞檢查的樣品。其次，激光用光子轟擊樣品，然后光子從目標(biāo)散射開(kāi)。

相反，UM化學(xué)教授Theodore Goodson和他的團(tuán)隊(duì)使用量子糾纏的方法僅使用少量光子來(lái)學(xué)習(xí)分子。在這種情況下，研究小組研究了黃素，一組對(duì)體內(nèi)能量代謝至關(guān)重要的酶。

量子糾纏是一對(duì)或一組粒子的性質(zhì)彼此依賴(lài)的觀(guān)點(diǎn)，即使粒子間隔很遠(yuǎn)也是如此。例如，如果一個(gè)粒子在順時(shí)針位置旋轉(zhuǎn)，那么另一個(gè)粒子將以相反的方式旋轉(zhuǎn)，如果它們被糾纏在一起。古德森說(shuō)，即使顆粒距離數(shù)千公里，這種關(guān)系依然存在。

“事實(shí)證明，如果你有光子糾纏在一起，那么高度的相關(guān)性就會(huì)以不同的方式與蛋白質(zhì)分子相互作用，而不是它們沒(méi)有糾纏，”古德森說(shuō)。“我們能夠用極少量的光子探測(cè)蛋白質(zhì)的特性。”

通過(guò)將激光發(fā)射通過(guò)不大于指甲尖端的晶體來(lái)產(chǎn)生糾纏光子。當(dāng)光以某種方式穿過(guò)晶體時(shí)，一些光子會(huì)纏繞在一起。然后使用這些纏結(jié)的對(duì)來(lái)檢查目標(biāo)分子。

這些光子激發(fā)蛋白質(zhì)中的電子態(tài)?；陔娮虞椛?，分子在被光子激發(fā)時(shí)會(huì)發(fā)射，Goodson可以確定分子的特定屬性，這種方法稱(chēng)為光譜學(xué)。

與傳統(tǒng)的激光光譜方法相比，糾纏光子光譜所需的光子數(shù)量非常低。

“你能想象一下你可以使用10個(gè)數(shù)量級(jí)的光子來(lái)探測(cè)材料，生物樣品或表面上非常少量化學(xué)物質(zhì)的特殊特性嗎?”Goodson說(shuō)。

使用這種方法，Goodson和他的團(tuán)隊(duì)能夠在黃素蛋白質(zhì)中看到新的相互作用。觀(guān)察黃素蛋白，與使用經(jīng)典光相比，該團(tuán)隊(duì)能夠發(fā)現(xiàn)使用量子糾纏的光譜學(xué)差異。

Goodson說(shuō)，這種方法為成像顯微鏡開(kāi)辟了新的途徑。觀(guān)察糾纏光子與蛋白質(zhì)中的分子相互作用可以向科學(xué)家們傳授關(guān)于這些分子的電子狀態(tài)的新知識(shí)。

“例如，在光合作用中，當(dāng)光子為光合反應(yīng)中心提供能量時(shí)，通過(guò)使用量子光可以增強(qiáng)這種效應(yīng)的機(jī)制，”他說(shuō)。“利用糾纏光子激發(fā)過(guò)程，可以?xún)?yōu)化并增強(qiáng)生物系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程。這可能會(huì)導(dǎo)致有關(guān)這些天然生物復(fù)合物中化學(xué)和生物過(guò)程的新信息。“