最近，加州大学洛杉矶分校的加州纳米系统研究所宣布成立量子生物学研究中心，该中心将专注于基于量子生物学的跨学科研究。
CNSI说，该中心是美国第一个量子生物学中心，由CNSI研究员兼加州大学洛杉矶分校电气和计算机工程助理教授克拉丽斯·艾洛领导。该中心将以加州大学洛杉矶分校培养的量子生物学人才网络为基础，专注于科学网络，培养学生和刚刚进入该领域的科学家和工程师。
该中心得到了美国国家科学基金会、卡弗利基金会、戈登和贝蒂·摩尔基金会等的支持。
“我们需要年轻多样的跨学科科学家进入这个领域，也需要不同领域的科学家相互交流。我们的目标是培养量子生物学的学生，他们能够提出问题，探索各个领域之间的联系。”艾罗说。
该中心的建成加速了量子生物学的发展。此前，英国、德国、韩国、丹麦和日本已经建立了专注于量子生物科学研究的学术中心。
什么是量子生物学？研究现状如何？会有哪些应用场景？
高度跨学科的学科
量子生物学的概念最早出现在20世纪20年代末，是一个比较新的领域。
这是一门研究量子力学和理论化学在有机体或生物问题中的应用的学科。它可以根据量子力学效应计算和模拟生物之间的相互作用。大部分生物过程都涉及能量转化，本质上属于量子力学的范畴，如化学反应、光吸收、酶作用、突变、光合作用、呼吸作用等。
量子生物学也是一门高度交叉的学科，它是在量子力学和分子生物学的基础上发展起来的，融合了核物理、生物化学、分子生物学等。本课题利用量子力学计算微系统的全过程，得出微系统的各种参数。
在量子力学领域，分子的原子核是骨架，外围电子围绕这个骨架运动。电子可以看作一个粒子，同时它具有涨落的性质。所以每个电子的运动可以用一个波函数来描述，整个微观系统可以用所有电子运动的总波函数来描述。
量子力学中的生物分子通常有一个重要的特性——共轭体系，即单键-双键交替结构的体系，其中单键由σ电子组成，相对固定，双键由π电子组成，具有很强的移动性，可以在整个共轭体系中自由移动，不需要位于原子附近。
量子力学可以用两种方法求解复杂的分子体系，一种是价键法，另一种是分子轨道法。通常人们认为每个电子的运动可以推广到整个分子或整个分子系统，所以分子轨道法也是最常用的方法。
如果要用量子力学计算分子体系，第一步就是写出所有自由运动电子的波函数，比如共轭体系中的所有π电子。整个体系的波函数可以写成原子轨道的线性组合，然后是波动方程，也就是薛定谔方程，然后进行运算。
基于对具有生物活性的生物大分子或分子的计算和深入理解，量子生物学的研究内容可以概括为四个方向:分子间相互作用、生物分子的电子结构和反应性、生物大分子的构象和功能、特定作用和机理的分析。
多国布局
1900年，德国科学家物理学家马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克首先提出了量子概念；同时，1939年，物理学家乔丹提出“突变是一个量子过程”，这在1944年薛定谔的《什么是生命》一书中有详细描述。
此后，随着科学家对量子力学和分子生物学的不断研究，量子生物学日益发展。量子生物学的发展史反映了量子力学从计算原子扩展到计算复杂的生物大分子及其功能的可能性，将分子生物学带入了电子时代。
1970年，国际量子生物学和药理学学会正式成立，这是当代生物科学从分子水平发展到电子水平的重要里程碑。
在过去的十年中，量子生物学的研究急剧增加，从视觉和光合作用到鸟类导航的各种现象。然而，直到最近，量子生物学才真正成为一个科学上可验证的概念。
在谷歌学术用关键词搜索，你可以找到过去五年发表的98000份研究报告。整体来看，目前大部分是理论研究，涉及的问题还有待进一步考证。
目前，许多国家都建立了量子生物学研究中心。英国萨里大学在莱沃霍姆设立了量子生物学博士培训中心，这也是世界上第一个量子生物学培训中心。该团队使用计算机模拟和量子力学方法来确定质子隧道(一种纯量子现象)在DNA自发突变中的作用。
日本大阪大学也成立了量子信息和量子生物学中心，由6个研究团队组成，旨在促进多领域的跨学科研究；德国奥尔登堡大学有一个量子生物学实验室，由Ilia Solov'yov教授领导。该中心于2013年10月在南丹麦大学成立，2019年迁至德国；希腊多学科研究型大学克里特大学设有量子物理学和量子生物学系。该中心发展了量子生物学的主要推动力之一——自由基-离子对反应的基础量子动力学研究。
关于中国量子生物学研究中心的信息很少。
国内有一家号称研究量子生物技术的公司，林鲁山创办的中生永济生物科技有限公司。官网，公司称，公司以量子生物技术为基础，研发大健康生物医药等药食同源产品，如有机硒等。该公司或创始人在顶级期刊上发表的论文均未得到证实。
以量子生物学为关键词，搜索CB Insights数据库，与量子生物学相关的信息呈波动上升趋势。但产业化进展缓慢，在CB Insights数据库中只找到一家美国初创公司Driven Quantum Technologies。据官网介绍，该公司成立于2019年，参与知识产权的开发，最终向设计量子计算相关产品的公司发放技术许可，这些产品可用于量子传感/计量、量子生物、军事/智能、医疗等领域。
有哪些潜在的应用方向？
研究人员强调了量子生物学对于基础科学研究和潜在工业探索的价值和潜力。
“随着技术的小型化，我们在生物界拥有丰富的信息，可以从中汲取灵感。这是一个探索生命是什么的绝佳机会，也是一个从经验中学习并以最佳方式在微观尺度上设计生理过程的绝佳机会。”物理学家、量子计算研究员阿德里亚娜·马莱(Adriana Marais)曾经这样说过。
从相关类别来看，量子生物学可以应用于化学反应、光吸收、酶催化、DNA突变、光合作用、呼吸作用、传感等。未来，量子力学有望用于计算和分析生命活动的这些现象。
量子生物学可能是开发太阳能电池、新生物传感器、药物和诊断领域新方法的关键。一些业内人士认为，量子生物学可能在未来的医学界发挥关键作用。
2020年8月，深圳湾实验室系统与物理生物学研究所量子生物学研究组在PANS发表论文，解释了新冠肺炎棘突蛋白的识别机制。该团队通过分子动力学模拟研究了蛋白质在微秒级的动态结构变化，并在与ACE2的界面的三个作用区域发现了它们。自由能扰动的计算进一步证实了这些关键突变增强了蛋白质的结合能力。
去年，另一个研究小组提出了一种基于嗅觉量子理论设计的“仿生鼻”，用于检测微量浓度的气味。
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