为地球上⼤部分⽣命提供能量的⽣化过程——光合作⽤——在经过⼤⾃然⽆⽐精细的“微调”后，只需⼀个光⼦就可以完成⾃身的使命。尽管光合作⽤在我们的⽣活中占主导地位，但照射在单个植物细胞上的太阳光却出奇地稀疏。虽然科学家⼀直以来都怀疑光合作⽤会对单个光⼦敏感，但却始终难以通过实验验证。直到最近，研究⼈员才借助量⼦⼒学在实验中观察到由单个光⼦引发的光合作⽤。
这项研究于6⽉14⽇发表在《⾃然》（Nature）上。
“只需要⼀个光⼦就能引发光合作⽤是说得通的，但能实际观测到这⼀现象却也是开创性的，”美国得克萨斯州⻄南⼤学的物理化学家萨拉·⻢⻄（Sara Massey，未参与这项研究）说道，“能够实际收集到这些实验的数据⾮常有价值。”这项实验的⼀个关键障碍在于，很难⼀次只产⽣⼀个光⼦。
在实验中，研究⼈员根据量⼦物理学定律制备了⼀对纠缠的光⼦，这意味着⽆论两个光⼦之间的距离如何，它们彼此之间都会相互关联。研究⼈员将每个纠缠光⼦对中的⼀个光⼦发射到探测器，来确保系统中只留下与之纠缠的另⼀个光⼦。与此同时，他们将留下的光⼦发射到细菌的捕光复合物II（LH II）中，这种复合物会参与光合作⽤的第⼀步。
LH II是从球形红杆菌（Rhodobacter sphaeroides，⼀种紫⾊⾮硫细菌）中提取的，它会收集光⼦（吸收能量）并将其输⼊光合作⽤系统中。在实验装置中，LH II复合物会在吸收能量后释放出光，以此提醒科学家该光⼦已经通过了系统。
美国劳伦斯伯克利国家实验室的物理化学家格雷厄姆·弗莱明（Graham Fleming，这项研究的共同作者）说：“我们（想要）制造⼀对纠缠光⼦，检测其中⼀个光⼦——我们将这⼀光⼦称为信使光⼦——然后将另⼀个光⼦发送到我们的样本中并寻找信号。”
或者更确切地说，这就是理论上的构想。在实际操作中，这种⽅法很难实现，因为荧光可以发⽣在任何⽅向，视野受限的基础探测器很难观测到。
“检测信使光⼦很容易，但检测荧光要困难得多，”弗莱明说道，“多数时间⾥，我们什么也看不⻅。”因此，研究⼈员⼀遍⼜⼀遍地重复这个过程——他们⼀共产⽣了超过170亿个信使光⼦，并检测到⼤约万分之⼀的信使光⼦发出的LH II荧光。这个运⾏次数⾜以让研究⼈员对结果进⾏统计分析。
加利福尼亚⼤学伯克利分校的量⼦物理学家李全伟（Quanwei Li，⾳译，这项研究的共同作者）表示，单个光⼦⾮常不稳定，因此⼤量重复的操作是量⼦光学实验中的关键步骤。功夫不负有⼼⼈，之后的统计分析证实了实验的输⼊和输出均为单⼀光⼦。
“他们实际上在使⽤‘量⼦光’（操控少量相互作⽤的光⼦）来证明光合作⽤吸收能量的过程是⼀次只通过⼀个光⼦引发的量⼦事件，”美国麻省理⼯学院的物理化学家曹建树（Jianshu Cao，⾳译，未参与这项研究）说，“我认为这⾮常有趣，他们能够将新的量⼦技术，即量⼦光，应⽤于⼀个⾮常庞⼤、复杂且混乱的⽣物系统。
”弗莱明、曹建树以及⻢⻄都表示，这项实验不仅展示了量⼦光在研究光合作⽤时的潜⼒，也为量⼦光在其他研究领域的应⽤铺平了道路。与此同时，这项新研究也让科学家以前所未有的精度观察到了对地球⽣命⾄关重要的⽣化过程。“在这个实验中，你实际上观测到的是单个光⼦。⼀想到我们正在观察这个（量⼦）⽔平上的现象，真是令⼈惊奇⼜兴奋，”⻢⻄说。