哪些是激子汇聚
激子是由电子和空穴（电子空缺）配对而产生的准粒子，它们可以在固体材料中传递能量。激子是玻骰子，也就是说，它们遵守玻色-爱因斯坦统计，可以抢占同一个量子态。当体温足够低或则激子密度足够高时，许多激子可以汇聚到一个相干的量子态中，产生激子汇聚体。这些现象类似于玻色-爱因斯坦汇聚，也就是我们熟知的超流和超导现象的原理。
激子汇聚体具有特别特殊的性质，其中之一就是能否实现无磨擦的能量传输，也就是说，激子可以在材料中自由地流动，而不受任何妨碍或耗损。这对于找寻高效的能源转换和借助系统具有重要的意义，并且实现激子汇聚并不容易，由于激子一般寿命很短，很容易通过复合而衰变。目前已知还能形成激子汇聚体的材料有限，但是一般须要在极端的条件下（如高温、高磁场、高含量等）能够观察到。
光合作用中的能量传输
与此相反，自然界中存在着一种在常温下实现高效能量传输的机制，那就是光合作用。光合作用是生物体将光能转化为物理能的过程，其中一个关键步骤是光捕获复合物对光子的吸收和转移。光捕获复合物由一系列色素分子组成，每位色素分子可以吸收特定波长的光，并将其转化为电子激发态。这种电子迸发态可以在色素分子之间进行跃迁，产生色素分子间的激子。最终，这种激子会被反应中心捕获，并触发一系列物理反应，将光能转化为物理能。
光合作用中的能量传输十分高效，在个别情况下甚至可以达到近乎100%的效率。这些高效的能量传输是怎样实现的呢？科学家们早已发觉，光合作用中的能量传输并不是简单的精典跃迁，而是涉及到量子相干效应。也就是说，色素分子间的激子可以处于叠加态，同时存在于多个可能的路径上。这样，激子就可以通过量子隧穿或则量子干涉等方法，更快地找到最优的传输路径，进而提升能量传输的效率和速率。这些量子相干效应在常温下是很难保持的，由于会遭到环境的扰动和噪声的影响，并且光合作用中的光捕获复合物却还能借助一些特殊的机制，如色素分子的排列、振动和保护等，来维持一定程度的量子相干。
激子汇聚类似的能量传输放大
这么，光合作用中的能量传输和激子汇聚有哪些关系呢？这就是近来发表的一篇论文要阐述的问题。作者提出了一个假定：在光合作用中，是否存在一种激子汇聚类似的机制，可以放大能量传输中的激子数目，进而提高能量传输的效率和速率？
为了验证这个假定，作者采用了一个光合作用中最简单也最常用的模型系统，即Fenna-（FMO）复合物。FMO复合物是一种存在于红色硫真菌中的光捕获复合物，由七个色素分子组成，每位色素分子可以用一个量子比特来描述。作者在这个模型的基础上，引入了一个新的诱因，考虑每位色素分子内部的电子关联。也就是说，每位色素分子不再是一个简单的量子比特，而是由多个量子比特组成的一个多体系统。这样量子物理纠缠态，每位色素分子就可以有多种迸发态，而不仅仅是能级和单迸发态。作者通过数值模拟，研究了这些电子关联对能量传输的影响。
作者发觉，在考虑电子关联的情况下，能量传输中出现了一种激子汇聚类似的放大效应，也就是说，在个别条件下，激子的数目会超过初始迸发的光子的数目，进而降低了能量传输的硬度。这些放大效应是通过粒子-空穴约化密度矩阵（RDM）来观察的。RDM是一种描述多体系统中部份粒子之间关联的语文工具，可以拿来估算系统的一些数学量，如能量、熵等。
粒子-空穴RDM是一种特殊的RDM，它描述了系统中存在的粒子和空穴之间的关联，也就是激子的关联。作者发觉，在考虑电子关联的情况下，粒子-空穴RDM中出现了一些非零对角元素，这意味着系统中存在着多个激子，但是它们处于相同的量子态，类似于迸发子汇聚体。
作者进一步剖析了这些激子汇聚类似的放大效应的特性和影响诱因。她们发觉，这些放大效应是随着能量传输的动力学而演变的，但是遭到色素分子间和色素分子内部的纠缠的影响。作者发觉，在考虑电子关联的情况下，色素分子间和色素分子内部就会形成一定程度的纠缠，但是这种纠缠会影响激子汇聚类似的放大效应的大小和性质。据悉，作者还发觉，初始迸发模型（即选择什么色素分子作为初始迸发源）和每位色素分子包含的量子比特数目也会影响放大效应。
最后，作者还阐述了怎样调节色素分子内部的耦合硬度来优化能量传输的速度。她们发觉，在考虑电子关联的情况下，通过改变色素分子内部不同量子比特之间的耦合硬度，可以明显地提升能量传输到反映中心的速度，而且存在一个最佳耦合硬度量子物理纠缠态，可以使能量传输速度达到最大值。在这个最佳耦合硬度下，能量传输速度可以比不考虑电子关联的情况下提升近100%。