:量子态在鸟类的眼睛中持续更长时间

量子态在鸟类的眼睛中持续更长时间

大脑通常是一种侮辱,但可能必须改变。与最佳的人造系统相比,位于某些鸟类眼睛后部的光激活罗盘可以将电子保持处于精细的量子状态的时间更长。

迁移鸟类通过感知地球的磁场进行导航,但是确切的机制起作用还不清楚。人们认为鸽子的喙依靠磁铁矿。其他动物,例如欧洲知更鸟(如图)可能依赖于光触发的化学变化,这些变化取决于鸟类相对于地球磁场的方向。

一种称为自由基对机制的过程被认为具有落后于后一种方法。在这种机制下,光激发一个分子上的两个电子,并将其中一个分流到另一个分子上。尽管这两个电子是分开的,但它们的自旋通过量子纠缠联系在一起。

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电子最终放松,破坏了这种量子态。但是,在这种情况发生之前,地球的磁场会改变电子自旋的相对排列,进而改变所涉及分子的化学性质。然后,鸟类可以利用其眼睛不同点上的化学物质浓度来推断其方向。

这种想法引起了人们的兴趣,即如果机制正确,那么微妙的量子态就可以在诸如牛津大学的埃里克·高格和他的同事们开始寻找电子纠缠的时间。

他们转向了最近对欧洲知更鸟进行实验的结果,其中捕获的鸟在迁移季节,它们会受到不同强度的触发器磁场的影响。测试显示,磁场强度为15纳米特斯拉,不到地球磁场强度的千分之一,足以干扰鸟类的方向感(,10.1016/..2008.11.072)。

当电子保持纠缠状态时,这些振荡磁场只会破坏鸟类的磁罗盘。研究小组计算出,由于较弱的磁场需要更长的时间才能改变电子的自旋,因此要使如此小的磁场对鸟类的罗盘产生如此强烈的影响,电子必须纠缠至少100微秒。他们的工作将出现在《物理评论快报》中。

在人工量子系统中,寿命最长的电子-一个碳原子笼罩着一个氮原子的中心-在相当的温度下仅存活了80微秒,团队指出。无论出于何种原因,自然界都比我们专门设计的分子能够更好地保护量子相干性,新加坡量子技术中心的团队成员西蒙·本杰明说。

加利福尼亚大学尔湾分校的里兹曾帮助进行了知更鸟实验,他警告说,机制尚未得到证实。但是他对长寿命量子态的前景感到兴奋。他说:也许我们可以向自然界学习如何模仿这一点。

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