Fyysikoiden luoma yksinkertaistettu tietokonemalli osoitti, että kvanttikiintymä voi olla fotosynteesin uskomattoman tehokkuuden taustalla. Tämä viittaa siihen, että luonnolliset järjestelmät saattavat olla keinotekoisia vastineitaan parempia kvanttiefektien ansiosta
Fyysikkoryhmä Suomen yliopistosta on päässyt lähemmäksi yhden luonnon salaisuuden ratkaisua. On käynyt ilmi, että kasvit voivat käyttää kvanttiefektejä energian välittämiseen välittömästi fotosynteesissä, mikä selittää tämän prosessin uskomattoman tehokkuuden.
Tutkijat loivat useiden kuukausien ajan yksityiskohtaisia tietokonemalleja molekyylirakenteista. He kehittivät virtuaalisen järjestelmän, joka koostui valoenergiaa absorboivasta donorista ja sitä vastaanottavasta akseptorista. Niiden välissä oli monimutkainen verkosto, joka koostui kahdestatoista välittäjämolekyylistä.
Simulointitulokset ylittivät odotukset. Kun energia jakautui useiden molekyylien kesken samanaikaisesti kvanttisen kietoutumisen ansiosta, sen siirtyminen lopulliseen kohteeseen nopeutui 30–40 % verrattuna tavalliseen mekanismiin. Järjestelmä säilytti vakauden jopa ulkoisten häiriöiden – lämpöhäiriöiden ja sähkömagneettisten häiriöiden – lisätessä.
Tutkimusryhmän johtaja professori Guido Pagano selittää:
”Se on kuin jos yhden kuriirin sijaan, joka taistelee tiensä läpi väkijoukon, käyttäisimme ryhmää toisiinsa yhteydessä olevia ihmisiä, jotka pystyvät välittämään tietoa toisilleen välittömästi.”
Kokeet suoritettiin mahdollisimman todellisia olosuhteita vastaavissa olosuhteissa. Tutkijat simuloivat 25 °C:n lämpötilaa, normaalia ilmanpainetta ja ottivat huomioon satunnaiset molekyylivärähtelyt – kaikki se, mitä elävässä kasvissa tapahtuu jatkuvasti fotosynteesin aikana.
Biologit eivät vuosikymmenien ajan kyenneet selittämään, miksi luonnolliset järjestelmät osoittavat niin suurta tehokkuutta valon muuntamisessa. Tavalliset fysiikan lait eivät antaneet vastausta siihen, miksi energianhävikki kasvien lehdissä on vain 2–3 %, kun taas parhaissa keinotekoisissa aurinkokennoissa se on jopa 25 %.
Diego Falyas Padilla, tutkimuksen johtava kirjoittaja:
”Havaitsemme suoran riippuvuuden kvanttisen sekavuuden asteen ja energian siirtonopeuden välillä. Mitä vahvemmin hiukkaset ovat sidoksissa toisiinsa, sitä nopeammin energia löytää tiensä kohteeseensa.”
Tämän löydön käytännön sovelluksia testataan jo laboratorioissa. Insinöörit ovat luoneet aurinkopaneelin prototyypin, jossa nanorakenteet on sijoitettu erityisellä tavalla ylläpitämään kvantti-entanglementia vierekkäisten elementtien välillä. Ensimmäiset testit osoittivat 15 %:n tehokkuuden kasvun verrattuna perinteisiin paneeleihin.
Mahdolliset vaikutukset lääketieteeseen näyttävät vieläkin vaikuttavammilta. Biokemian professori Michael Sterling Harvardista:
”Jos luonto todella käyttää kvanttiefektejä energian siirtämiseen, voimme löytää samanlaisia mekanismeja ihmisen soluista. Tämä muuttaa täysin käsityksemme bioenergiasta.”
Tutkimusryhmät valmistautuvat laajempiin kokeisiin. Lähitulevaisuuden suunnitelmissa on tutkia todellisia kasvisoluja erittäin herkillä kvanttisensoreilla. Jos hypoteesi vahvistuu, se on yksi tärkeimmistä löydöksistä fysiikan ja biologian rajapinnalla.
Pohjimmiltaan tutkijat ovat löytäneet mahdollisen ”salaisen komponentin” luonnon energiajärjestelmien toiminnassa. Ja tämä komponentti osoittautui liittyvän yhteen kvanttifysiikan salaperäisimmistä ilmiöistä – välittömään yhteyteen etäisyyden päässä olevien hiukkasten välillä.
