Запутанные атомы усиливают излучение света

Международная команда физиков из Варшавского университета и Университета Эмори обнаружила, что прямые взаимодействия между атомами могут значительно усиливать эффект суперрадиации — коллективного квантового явления, при котором атомы синхронно излучают свет, создавая вспышку значительно ярче суммы их индивидуальных излучений. Исследование показало, что короткодействующие диполь-дипольные силы между соседними атомами могут либо конкурировать с фотон-опосредованной связью, либо усиливать ее, что критически влияет на условия возникновения суперрадиации.

Ключевым аспектом исследования стало явное включение квантовой запутанности в модель, что позволило отслеживать корреляции как внутри атомной подсистемы, так и между атомами и фотонами. Ученые разработали вычислительный метод, сохраняющий информацию о запутанности, и обнаружили, что прямые атом-атомные взаимодействия могут снижать порог суперрадиации и даже выявлять ранее неизвестную упорядоченную фазу с аналогичными свойствами. Это демонстрирует существенность учета запутанности для точного описания полного спектра свето-материальных взаимодействий.

Полученные результаты имеют практическое значение для разработки передовых квантовых технологий, включая квантовые батареи, которые могут заряжаться и разряжаться значительно быстрее благодаря коллективным квантовым эффектам. Управление силой и природой атом-атомных взаимодействий позволяет настраивать условия для суперрадиации и контролировать перенос энергии в системе, превращая многочастичный эффект в практическое правило проектирования квантовых устройств.