Физики усилили коллективное излучение света с помощью атомных взаимодействий
Визуализация атомов в оптическом резонаторе, взаимодействующих друг с другом и со световой модой. Автор: Яо Ван, Университет Эмори
Международная группа физиков из Варшавского университета и Университета Эмори (Атланта, США) проанализировала, как взаимные взаимодействия между атомами изменяют их коллективное взаимодействие со светом.
В исследовании, опубликованном в Physical Review Letters, ученые расширили существующие модели этого явления. Они показали, что прямые атом-атомные взаимодействия могут усиливать коллективную вспышку света, известную как суперрадиантность, что открывает новые возможности для квантовых технологий.
Ключевым открытием стало то, что короткодействующие диполь-дипольные взаимодействия между соседними атомами могут либо конкурировать с фотонно-опосредованными взаимодействиями, либо усиливать их. Понимание этого баланса необходимо для интерпретации экспериментов в режимах, где свет и материя значительно влияют друг на друга.
«Полуклассические модели значительно упрощают квантовую задачу, но ценой потери важной информации; они фактически игнорируют возможную запутанность между фотонами и атомами, и мы обнаружили, что в некоторых случаях это не очень хорошее приближение», — объясняют авторы.
Исследование вводит вычислительный подход, который сохраняет запутанность явной, захватывая корреляции как внутри подсистем, так и между ними. Этот метод показал, что внутренние взаимодействия между соседними излучателями могут снизить порог суперрадиантности и выявить ранее упущенное из виду упорядоченное состояние со сверхизлучательными свойствами.
«Как только вы сохраняете свето-материальную запутанность в модели, вы можете предсказать, когда устройство будет заряжаться быстро, а когда нет. Это превращает многочастичный эффект в практическое правило проектирования», — сказал Жоао Педро Мендонса, первый автор статьи.
Полученные результаты имеют важное значение для разработки квантовых батарей — устройств, которые теоретически могут заряжаться и разряжаться быстрее и эффективнее за счет использования коллективных квантовых корреляций. Суперрадиантная динамика может ускорить как зарядку, так и разрядку, улучшая эффективность передачи энергии.
ИИ: Это исследование демонстрирует, как фундаментальные квантовые эффекты могут найти практическое применение в разработке энергоэффективных устройств следующего поколения. Учет запутанности в свето-материальных системах открывает новые горизонты для квантовых технологий — от батарей до сенсоров и сетей.
0 комментариев