Ett nytt test för att upptäcka där förmågan att utnyttja kvantmekanikens kraft har utvecklats i naturen har utvecklats av fysiker vid University of Warwick.

Testet identifierar ett kännetecken för kvant koherens, klassificera egenskaperna hos partiklar i ett kvanttillstånd som interagerar med en verklig miljö. Testet bör göra det möjligt för forskare att kvantifiera och spåra kvant koherens i den naturliga världen med hjälp av laboratorieexperiment.

Publicerad i veckan i tidningen Fysisk granskning A , det teoretiska arbetet kan leda till experiment som hjälper till att lösa debatten om huruvida biologiska processer utnyttjar kvantmekanik till deras fördel, och om evolution kan ge oss en mall för kvantteknik som datorer, sensorer och energikällor.

Mikroskopiska partiklar i ett kvanttillstånd är mycket svåra att upptäcka eftersom handlingen att observera dem förändrar deras tillstånd. Dessa smygande partiklar kan existera på många platser eller konfigurationer samtidigt, en egenskap som kallas kvant koherens.

Effekten ligger till grund för teknik som kvantdatorer, kvantgivare och kvantkommunikationssystem, som använder ordnade system isolerade från resten av världen. Dock, huruvida kvant koherens finns i den bullriga och rörigare verkliga världen är svårare att identifiera.

Testet innefattar ett förfarande för att förstöra kvant koherens, och sedan för att observera förändringen i senare mätningar. När en mätbart stor påverkan observeras, forskare kan visa att det måste ha funnits kvant koherens i systemet. Det nya arbetet förtydligar möjliga undantag från denna slutsats, som beror på hur snabbt det särskilda förfarandet kan förstöra sammanhanget.

Dr George Knee, 1851 Kungliga kommissionens forskare från universitetets fysiska institution, sade:"Att visa närvaron av kvant koherens i ett biologiskt system skulle utgöra ett paradigmskifte, bort från tanken att bara människor har förmågan att konstruera system som kan uppvisa och utnyttja kvant koherens. Det skulle också vara ett steg mot Schroedinger's Cat tänktexperiment, där en levande organism är placerad i ett tillstånd där den är, kvant sammanhängande, både döda och levande. "

Medförfattare Dr Animesh Datta sa:"Resultaten från detta test kommer att vara värdefulla för att förbättra vår förståelse för hur kemi och biologi fungerar, och kan låta oss svara på frågan om kvantfysiken har spelat en roll i evolutionära processer. "

Enligt kvantfysiken, en partikel, såsom en som bär energi i en fotosyntetisk organism, kan färdas längs flera olika vägar mellan en ingång och en utgång. Energin som bärs av partikeln kan gå förlorad när som helst efter att den skapats. Skulle partikeln gå snabbare mot sin destination, det finns en lägre risk för förlust och större effektivitet kan uppnås.

Samstämmighet möjliggör störningar mellan de två vägarna, så att partikeln kan resa längre i genomsnitt än den annars skulle kunna göra under samma tidsperiod. Detta tyder på att kvanteffekter kan ha gett en evolutionär fördel för de organismer som är anpassade för att utnyttja dem.

Dr Knee tillade:"Möjligheterna är lockande:om vårt föreslagna test utfördes i ett biologiskt system, och gav ett positivt resultat, vi kanske kan lära oss kvanttekniska designprinciper från naturen. Vi skulle då kunna försöka skapa biomimetiska tekniker som är mer robusta och kanske ännu kraftfullare än den nuvarande generationen av kvantteknologi, som nästan uteslutande bygger på mycket isolerade system. Om vi ​​kunde turboladda artificiellt ljusskörd, till exempel i en solcell, det skulle finnas en enorm potential för att tillhandahålla prisvärda, förnybar energi."