植物每秒吸收地球沐浴的 1017 焦耳太阳能中的一部分，从它们吸收的光线中获取高达 95% 的能量。 太阳光转化为碳水化合物的过程在万亿分之一秒内完成，防止了大部分能量以热量的形式消散。 但植物究竟是如何实现这种近乎瞬时技巧的仍然是个谜。 现在，加州大学伯克利分校的生物物理学家已经证明，植物利用量子计算的基本原理——同时探索多种不同的答案——来实现近乎完美的效率。
生物物理学家格雷戈里·恩格尔和他的同事将一种绿色硫细菌——Chlorobium tepidum，地球上最古老的光合作用生物之一——冷却到 77 开尔文 [–321 华氏度]，然后用极短的激光脉冲照射它。 通过操纵这些脉冲，研究人员可以追踪能量通过细菌光合系统的流动。“我们一直认为它是在系统中跳跃，就像你或我可能在灌木丛迷宫中穿行一样，”恩格尔解释说。“但是，它不是来到一个十字路口然后向左或向右走，而是可以同时向两个方向走，并最有效地探索许多不同的路径。”
换句话说，植物正在利用量子力学的基本原理将能量从发色团（光合分子）转移到发色团，直到它到达所谓的反应中心，在那里发生经典定义的光合作用。能量粒子表现得像波。“我们看到了非常强烈的证据，证明能量在这些光合复合物中以波动方式运动，”恩格尔说。研究结果发表在最新一期的《自然》杂志上。
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恩格尔说，采用这种过程可以实现植物从阳光中获取能量的近乎完美的效率，并且很可能被所有植物使用。 尝试创造人工光合作用的研究人员，例如用于发电的光伏电池，也可能会有用地复制它。“这可能比经典跳跃式能量转移效率更高，”恩格尔说。“如何实现这一点是一个非常困难的问题。”
植物的结构究竟如何允许这种量子效应发生仍然不清楚。“植物的[蛋白质结构]必须经过调整，以允许在发色团之间转移，但不允许转移到[热量]中，”恩格尔说。“这种调整是如何工作的，以及如何控制它，我们不知道。” 每一片春天的叶子内部都有一个能够执行快速高效量子计算的系统，而这正是地球上大部分能量的关键所在。