光合作用是生命中最重要的化学反应之一

它利用阳光的能量来生产维持生命的碳水化合物，但其超常的效率让人们难以解释。

光合作用的第一步是通过叶绿素色素分子里镁原子的外壳层中的电子来捕获光能。额外的能量会使电子振动，形成一种叫作“激子”的东西。

下一步是将激子输送到反应中心，在反应中心将捕获的光能转换成化学能。这种输送过程必须非常快，否则光能将会损耗掉。但是，为了找到反应中心，激子不得不穿过色素分子的大森林，在那里它的能量极有可能会丢失掉。然而测量表明，激子输运是所有能量输运过程中效率最高的，在最佳条件下能接近100%。这个效率水平很难用经典物理学定律来解释。

到底是怎么回事？2007年，目前在芝加哥大学工作的格雷格·恩格尔设计了一个实验，对细菌的光合系统照射激光，他测到了一种光的“回声”反馈。奇怪的是，回声是以拍的形式返回的。这个拍现象是量子行为的独特签名，它表明激子并不是走一条特定路线通过光系统的：它走了所有可能的路线，以量子波的形式前往反应中心。这是光合作用的核心是量子力学过程的第一个直接证据。

在那之后，人们在许多细菌和植物的光合系统中发现了量子相干性，看样子它是植物和微生物捕获光能的一个基本特征了。这很惊人，我们本以为脆弱的量子态居然在室温环境下也能存活，这一特性引起量子计算机设计人员的关注和嫉妒，因为他们通常都必须在接近绝对零度的温度下进行量子计算。

格雷格·恩格尔教授说:“生命是热的、散乱且复杂的。它诞生于充满了熙熙攘攘的粒子的活细胞内，会产生大量的分子噪声。按我们的理解量子效应在这种环境下会退相干，而对光合作用的研究让我们大为惊奇望。植物正在用量子效应而接近100%的效率转化和运用光能。对植物量子光合作用的研究，能让我们造出更好的太阳能电池。”他正在尝试制造与在细胞中发现的光合物质具有相同干涉特性的合成色素分子，最终目标是使太阳能电池能够像自然界那样有效地传输能量。但是，这个项目需要很多年才能开花结果，而在这个目标实现之前，我们还需要更多地了解生命到底是怎么做到长时间地保持相干性的。