植物每秒吸收地球沐浴的 1017 焦耳太陽能中的一部分，從它們吸收的光線中獲取高達 95% 的能量。 太陽光轉化為碳水化合物的過程在萬億分之一秒內完成，防止了大部分能量以熱量的形式消散。 但植物究竟是如何實現這種近乎瞬時技巧的仍然是個謎。 現在，加州大學伯克利分校的生物物理學家已經證明，植物利用量子計算的基本原理——同時探索多種不同的答案——來實現近乎完美的效率。
生物物理學家格雷戈裡·恩格爾和他的同事將一種綠色硫細菌——Chlorobium tepidum，地球上最古老的光合作用生物之一——冷卻到 77 開爾文 [–321 華氏度]，然後用極短的雷射脈衝照射它。 透過操縱這些脈衝，研究人員可以追蹤能量透過細菌光合系統的流動。“我們一直認為它是在系統中跳躍，就像你或我可能在灌木叢迷宮中穿行一樣，”恩格爾解釋說。“但是，它不是來到一個十字路口然後向左或向右走，而是可以同時向兩個方向走，並最有效地探索許多不同的路徑。”
換句話說，植物正在利用量子力學的基本原理將能量從髮色團（光合分子）轉移到髮色團，直到它到達所謂的反應中心，在那裡發生經典定義的光合作用。能量粒子表現得像波。“我們看到了非常強烈的證據，證明能量在這些光合複合物中以波動方式運動，”恩格爾說。研究結果發表在最新一期的《自然》雜誌上。
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恩格爾說，採用這種過程可以實現植物從陽光中獲取能量的近乎完美的效率，並且很可能被所有植物使用。 嘗試創造人工光合作用的研究人員，例如用於發電的光伏電池，也可能會有用地複製它。“這可能比經典跳躍式能量轉移效率更高，”恩格爾說。“如何實現這一點是一個非常困難的問題。”
植物的結構究竟如何允許這種量子效應發生仍然不清楚。“植物的[蛋白質結構]必須經過調整，以允許在髮色團之間轉移，但不允許轉移到[熱量]中，”恩格爾說。“這種調整是如何工作的，以及如何控制它，我們不知道。” 每一片春天的葉子內部都有一個能夠執行快速高效量子計算的系統，而這正是地球上大部分能量的關鍵所在。