光合作用，主要由植物进行，依赖于一种极为有效的能量转换机制。为了创造化学能，首先必须捕获并传输阳光。这个过程发生时损失极小，且速度惊人。最近的一项研究突出显示了量子机械效应在这一转换中所扮演的重要角色。
将太阳能有效转化为可储存的化学能，是许多工程师所追求的目标。自然在数十亿年前便发现了应对这一挑战的理想方法。这项新研究揭示了量子力学，常常被认为仅属于物理学领域，在生物学领域也至关重要。
执行光合作用的生物，例如绿色植物，利用量子机械现象来捕捉阳光，尤金·豪尔教授解释道：“当一片叶子吸收光时，激发电子的能量在每个激发的叶绿素分子的多个状态上扩散；我们称之为激发态的叠加。这是几乎无损能量传输的初始阶段，发生在分子内外，促进了太阳能的高效转移。因此，量子力学在理解能量传输和电荷分离的早期阶段中是基础性的重要。”
这一过程无法仅用经典物理完全解释，持续在绿色植物及各种光合生物（如光合细菌）中进行。然而，这些机制的细节仍未得到充分理解。豪尔和首位作者艾丽卡·凯尔将他们的研究视为揭开叶绿素（叶片中的绿色颜料）如何发挥作用的一项重要进展。将这些见解应用于设计人工光合作用系统可能会增强利用太阳能发电或用于光化学过程的效率，达到前所未有的水平。
在他们的研究中，科学家们调查了叶绿素捕获能量的光谱中两个特定部分：较低能量的Q区域（从黄光到红光）和较高能量的B区域（蓝光到绿光）。Q区域由两个量子机械上相互关联的不同电子态组成。这种关联使得分子内的能量传输变得无缝。随后，系统通过“冷却”来放松，这涉及到将能量以热的形式散失。他们的研究结果表明，量子机械效应可以显著影响与生物学相关的过程。
