外电场作用下细胞微管量子弛豫效应：平均场近似与退相干机制研究

《BioSystems》：Relaxation effects in cell microtubule under the influence of an external electric field: The mean field approximation

本文通过Born-Markov方程研究微管偶极系统在外电场中的量子弛豫过程，创新性引入双势阱量子隧穿效应与偶极-偶极相互作用，揭示弛豫过程对退相干时间（10?14–10?9s）的调控机制，为生物系统中量子信息传输（如纠缠态中继协议ESRP）提供理论依据。

　　

章节亮点

Born-Markov方程

该方程形式为?????_??(??)/???? = ???/? [???_??, ???_??(??)] ? 1/?2 ∑_??([???_??, ???_?????_??(??)] + [???_??(??)???_??, ???_??])，其中???_??和???_??包含环境关联函数??_????(??)，堪称量子弛豫的“动态地图”。

初始条件

微管被建模为52×13的二维晶格（共676个微管蛋白），参数设定如电场频率??=7×10¹²–10¹³s^?1（声子模式）、微管蛋白质量??=1.83×10^?22kg，仿佛为量子舞台搭好精密脚手架。

结果与讨论

忽略偶极相互作用时，系统在耗散与量子噪声影响下从纯态出发，极化向量分量??_??, ??_??, ??_??的弛豫轨迹如“量子华尔兹”般呈现规律振荡；而引入隧穿效应后，弛豫方向发生反转，揭示内部动力学对量子态演化的颠覆性影响。

结论

偶极-偶极相互作用是弛豫过程的“导演”，其强度决定系统终态为混合态（如图3、9-11）或纯态；隧穿效应与光子频率则像“量子开关”，能逆转弛豫方向，为生物量子计算提供潜在调控靶点。