哪些是激子匯聚
激子是由電子和空穴（電子空缺）配對而產生的準粒子，它們可以在固體材料中傳遞能量。激子是玻骰子，也就是說，它們遵守玻色-愛因斯坦統計，可以搶占同一個量子態。當體溫足夠低或則激子密度足夠高時，許多激子可以匯聚到一個相干的量子態中，產生激子匯聚體。這些現象類似于玻色-愛因斯坦匯聚，也就是我們熟知的超流和超導現象的原理。
激子匯聚體具有特別特殊的性質，其中之一就是能否實現無磨擦的能量傳輸，也就是說，激子可以在材料中自由地流動，而不受任何妨礙或耗損。這對于找尋高效的能源轉換和借助系統具有重要的意義，并且實現激子匯聚并不容易，由于激子一般壽命很短，很容易通過復合而衰變。目前已知還能形成激子匯聚體的材料有限，但是一般須要在極端的條件下（如高溫、高磁場、高含量等）能夠觀察到。
光合作用中的能量傳輸
與此相反，自然界中存在著一種在常溫下實現高效能量傳輸的機制，那就是光合作用。光合作用是生物體將光能轉化為物理能的過程，其中一個關鍵步驟是光捕獲復合物對光子的吸收和轉移。光捕獲復合物由一系列色素分子組成，每位色素分子可以吸收特定波長的光，并將其轉化為電子激發態。這種電子迸發態可以在色素分子之間進行躍遷，產生色素分子間的激子。最終，這種激子會被反應中心捕獲，并觸發一系列物理反應，將光能轉化為物理能。
光合作用中的能量傳輸十分高效，在個別情況下甚至可以達到近乎100%的效率。這些高效的能量傳輸是怎樣實現的呢？科學家們早已發覺，光合作用中的能量傳輸并不是簡單的精典躍遷，而是涉及到量子相干效應。也就是說，色素分子間的激子可以處于疊加態，同時存在于多個可能的路徑上。這樣，激子就可以通過量子隧穿或則量子干涉等方法，更快地找到最優的傳輸路徑，進而提升能量傳輸的效率和速率。這些量子相干效應在常溫下是很難保持的，由于會遭到環境的擾動和噪聲的影響，并且光合作用中的光捕獲復合物卻還能借助一些特殊的機制，如色素分子的排列、振動和保護等，來維持一定程度的量子相干。
激子匯聚類似的能量傳輸放大
這么，光合作用中的能量傳輸和激子匯聚有哪些關系呢？這就是近來發表的一篇論文要闡述的問題。作者提出了一個假定：在光合作用中，是否存在一種激子匯聚類似的機制，可以放大能量傳輸中的激子數目，進而提高能量傳輸的效率和速率？
為了驗證這個假定，作者采用了一個光合作用中最簡單也最常用的模型系統，即Fenna-（FMO）復合物。FMO復合物是一種存在于紅色硫真菌中的光捕獲復合物，由七個色素分子組成，每位色素分子可以用一個量子比特來描述。作者在這個模型的基礎上，引入了一個新的誘因，考慮每位色素分子內部的電子關聯。也就是說，每位色素分子不再是一個簡單的量子比特，而是由多個量子比特組成的一個多體系統。這樣量子物理糾纏態，每位色素分子就可以有多種迸發態，而不僅僅是能級和單迸發態。作者通過數值模擬，研究了這些電子關聯對能量傳輸的影響。
作者發覺，在考慮電子關聯的情況下，能量傳輸中出現了一種激子匯聚類似的放大效應，也就是說，在個別條件下，激子的數目會超過初始迸發的光子的數目，進而降低了能量傳輸的硬度。這些放大效應是通過粒子-空穴約化密度矩陣（RDM）來觀察的。RDM是一種描述多體系統中部份粒子之間關聯的語文工具，可以拿來估算系統的一些數學量，如能量、熵等。
粒子-空穴RDM是一種特殊的RDM，它描述了系統中存在的粒子和空穴之間的關聯，也就是激子的關聯。作者發覺，在考慮電子關聯的情況下，粒子-空穴RDM中出現了一些非零對角元素，這意味著系統中存在著多個激子，但是它們處于相同的量子態，類似于迸發子匯聚體。
作者進一步剖析了這些激子匯聚類似的放大效應的特性和影響誘因。她們發覺，這些放大效應是隨著能量傳輸的動力學而演變的，但是遭到色素分子間和色素分子內部的糾纏的影響。作者發覺，在考慮電子關聯的情況下，色素分子間和色素分子內部就會形成一定程度的糾纏，但是這種糾纏會影響激子匯聚類似的放大效應的大小和性質。據悉，作者還發覺，初始迸發模型（即選擇什么色素分子作為初始迸發源）和每位色素分子包含的量子比特數目也會影響放大效應。
最后，作者還闡述了怎樣調節色素分子內部的耦合硬度來優化能量傳輸的速度。她們發覺，在考慮電子關聯的情況下，通過改變色素分子內部不同量子比特之間的耦合硬度，可以明顯地提升能量傳輸到反映中心的速度，而且存在一個最佳耦合硬度量子物理糾纏態，可以使能量傳輸速度達到最大值。在這個最佳耦合硬度下，能量傳輸速度可以比不考慮電子關聯的情況下提升近100%。