¿Qué tienen que ver la fotosíntesis de las plantas y la computación cuántica?
Hace ya un par de años que se descubrió que la fotosíntesis logra una eficacia de más del 95% gracias a utilizar un algoritmo de búsqueda cuántico para canalizar la energía.
Mientras los físicos se afanan en lograr fabricar el primer ordenador cuántico práctico luchando contra la decoherencia, la Naturaleza, como siempre, muy por delante.
¿Podremos algún día desarrollar una tecnología energética renovable que imite la fontosíntesis de las plantas?
Sorprendentemente, para ello necesitamos dominar la computación cuántica.
El trabajo de investigación fue desarrollado por el químico teórico Graham Fleming de la University of California at Berkeley y sus colaboradores y nos lo contó, como no, Philip Ball, “Photosynthesis works ‘by quantum computing’,” Chemistry World, May, 2007 . La figura está extraída de “Quantum Secrets Of Photosynthesis Revealed,” Science News, ScienceDaily, Apr. 12, 2007 . También son buenas lecturas Roseanne J. Sension, “Biophysics: Quantum path to photosynthesis,” News and Views, Nature 446: 740-741, 12 April 2007 , y el artículo técnico original Gregory S. Engel et al. “Evidence for wavelike energy transfer through quantum coherence in photosynthetic systems,” Nature 446: 782-786, 12 April 2007 . La idea de que la fotosíntesis opera utilizando la computación cuántica es mucho más antigua (Scott M. Hitchcock, “‘Photosynthetic’ Quantum Computers?,” ArXiv, Submitted on 20 Aug 2001 ).
Los investigadores estudiaron la fotosíntesis en la bacteria fototrópica verde del azufre (Chlorobium tepidum).
La fotosíntesis se inicia cuando la luz incidente excita los electrones de los cromóforos (moléculas de pigmentos fotosensibles como la clorofila).
Este nivel de energía alto desciende generando una onda encadenada (excitón) que lleva esta energía a través del cromóforo hasta alcanzar un centro químico activo donde queda atrapada y más tarde será utilizada para la fabricación de carbohidratos. El cromóforo actúa como una especie de “antena” para la luz. Los investigadores han utilizado espectroscopia bidimensional basada en la transformada de Fourier y han demostrado que la transferencia de energía dentro del cromóforo es coherente y dura muchísimo (cientos de femtosegundos).
Es como sí la energía “visitara” simultáneamente varios caminos posibles y eligiera el óptimo para llegar al centro activo. El proceso es análogo al algoritmo cuántico de Grover, capaz de buscar un elemento en un vector de 
componentes desordenadas en sólo 
de pasos.
componentes desordenadas en sólo de pasos.
La limitación más importante del estudio es que se han estudiado los cromóforos a baja temperatura (77 ºKelvin).
Los autores suponen que el mismo mecanismo ocurre a temperatura ambiente (aunque demostrarlo experimentalmente es mucho más difícil).
francis.naukas
