華沙大學物理學院新技術中心和埃默里大學（美國亞特蘭大）的研究人員一直在探索原子與光相互作用時如何相互影響。他們的研究發表在 物理審查信在現有模型中擴展這種效果。通過證明原子與原子之間的直接相互作用可以增強強大的光爆發（稱為“超輻射”），該團隊為開發先進量子技術開闢了新的機會。
在光物質系統中，許多發射器（例如原子）在腔內使用相同的光模式。此模式代錶鏡子之間的有限光模式。這會導致孤立原子無法表現出的整體行為。一個重要的例子是超輻射，這是一種原子完美同步發光的量子效應。這產生的亮度大於單個原子發射的總和。
大多數先前的超光度研究都假設光與物質耦合占主導地位。該研究的第一作者、華沙大學的博士學位獲得者 João Pedro Mendonça 博士表示，通過將整個原子團建模為與空腔電磁場相連的一個大型“巨型偶極子”，“光子充當了將每個發射器與其他發射器耦合的介質”。這項研究目前正在新技術中心進行。然而，在實際材料中，附近的原子也會通過短程偶極-偶極力相互作用。這項新研究探討了考慮原子與內部原子之間的相互作用時會發生什麼。這一發現表明，這種相互作用可以與負責照明的光子介導的耦合競爭或補充。了解這種平衡對於解釋光和物質相互影響很大的實驗非常重要。
糾纏在光與物質相互作用中的作用。
這種行為的核心是量子糾纏。這是共享共同量子態的粒子之間的深層聯繫。然而，許多傳統的理論方法將光和物質視為獨立的實體。通過刪除這個重要的鏈接。 “半經典模型極大地簡化了量子問題。但代價是丟失重要數據。這些模型忽略了光子和原子之間的潛在聯繫。我們發現在某些情況下這不是一個很好的近似，”作者指出。
為了解決這個問題，該團隊開發了一種計算方法，可以清楚地顯示糾纏。這使他們能夠追踪原子和光子子系統內部以及之間的關係。結果表明，相鄰原子之間的直接相互作用可以降低超亮度閾值。它還揭示了以前未知的共享關鍵屬性的有序相。總的來說，這項工作表明糾纏對於準確描述輕物質的行為非常重要。
對量子技術的影響
除了深入的基礎理解之外，這一發現對於未來的量子技術也具有實際意義。腔體光物質系統是許多新興設備的核心。包括量子電池它是一種概念性能量存儲單元，可以利用整體量子效應更快地充電和放電。 Superradiance 這兩個過程都可以加速。有助於提高整體效率
新發現揭示了微觀原子相互作用如何影響這些過程。通過調整原子間相互作用的強度和性質。科學家可以調整超光度所需的條件並控制能量在系統中的移動方式。 “當你在模型中保留光物質的糾纏時，你可以預測你的設備何時會快速充電，何時不會。這將多種效應轉化為實際的設計規則，”João Pedro Mendonça 說。類似的原理也可用於開發量子通信網絡和高精度傳感器。
研究源於國際合作，匯集了許多機構的專業知識。若昂·佩德羅·門多薩 (João Pedro Mendonça) 在美國進行了許多研究工作。它得到華沙大學“卓越計劃——研究型大學”（IDUB）計劃的支持。和波蘭國家學術交流局 (NAWA) 的研究人員強調，協作和敏捷性是成功的關鍵。該團隊總結道：“這是國際流動性和協作如何打開進步之門的一個很好的例子。”
