用于量子增强农业光伏的谱浴工程：通过非马尔可夫动力学提升效率与环境可持续性
量子物理
2026-03-05 v1
摘要
随着全球对粮食和清洁能源需求的加剧，农业光伏系统已成为优化土地利用的关键解决方案。然而，当前的设计大多将入射光视为经典光子通量，忽视了光合作用能量转移的量子力学本质。我们引入了谱浴工程——通过半透明有机光伏（OPV）面板对太阳光进行战略性光谱滤波，以利用生物光捕获中的非马尔可夫量子相干性。使用过程张量HOPS（PT-HOPS）和光谱捆绑耗散器（SBD）模拟Fenna-Matthews-Olson复合物，我们证明了在振动共振波长（750nm和820nm）处的选择性滤波相对于标准马尔可夫模型可将电子传输速率（ETR）提高25%。这种量子优势由振动共振辅助传输驱动，该传输将相干寿命延长20%至50%，并使成对并发性（89%）几乎翻倍。多目标帕累托优化确定了达到18.8%功率转换效率同时维持80.5%系统ETR的OPV配置，可能产生额外470至3000美元/公顷/年的收入。涵盖撒哈拉以南非洲在内的九个气候区的环境模拟证实了18%至24%的持续ETR增强。最后，使用量子反应性描述符的生态设计分析确保这些技术成果是通过可持续、可生物降解的材料实现的。通过连接量子生物学和可再生能源工程，这项工作为共同优化农业生产力和能源产出的下一代农业光伏材料提供了定量蓝图。
引用
@article{arxiv.2603.04097,
title = {Spectral Bath Engineering for Quantum-Enhanced Agrivoltaics: Advancing Efficiency and Environmental Sustainability via Non-Markovian Dynamics},
author = {Steve Cabrel Teguia Kouam and Theodore Goumai Vedekoi and Jean-Pierre Tchapet Njafa and Jean-Pierre Nguenang and Serge Guy Nana Engo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.04097},
year = {2026}
}