أظهر الفيزيائيون أن التفاعلات المباشرة بين الذرات يمكن أن تعزز الإشعاع الفائق، وهو تأثير إصدار ضوء متزامن، من خلال دمج التشابك الكمي في نماذجهم. البحث، الذي يشمل علماء من جامعة وارسو وجامعة إيموري، يكشف عن مبادئ جديدة لتصميم بطاريات كمية وأجهزة استشعار وأجهزة اتصال. نشر في Physical Review Letters، يبرز الدراسة كيف أدى تجاهل قوى الذرة-الذرة إلى تقييد الفهم السابق.
بحث علماء من كلية الفيزياء في جامعة وارسو، ومركز التكنولوجيات الجديدة في جامعة وارسو، وجامعة إيموري في أتلانتا، الولايات المتحدة، كيفية تفاعل الذرات مع الضوء في أنماط بصرية مشتركة داخل التجاويف. عملهم، المفصل في ورقة Physical Review Letters لعام 2025 بعنوان 'Role of Matter Interactions in Superradiant Phenomena' لجواو بيدرو ميندونكا، وكريستوف ياشيمسكي، وياو وانغ (DOI: 10.1103/z8gv-7yyk)، يوسع نماذج الإشعاع الفائق. يحدث الإشعاع الفائق عندما تصدر ذرات متعددة الضوء في تزامن مثالي، مما ينتج سطوعًا يفوق الإصدارات الفردية.
تعامل النماذج التقليدية الذرات كـ'ديبول عملاق' واحد متصل عبر الفوتونات، لكن الفريق شمل قوى ديبول-ديبول قصيرة المدى بين الذرات القريبة. 'تعمل الفوتونات كوسطاء يربطون كل مُصدر بالآخرين داخل التجويف'، شرح الدكتور جواو بيدرو ميندونكا، المؤلف الأول الذي حصل على الدكتوراه في جامعة وارسو والآن يعمل في مركز التكنولوجيات الجديدة الخاص بها. يمكن لهذه التفاعلات المباشرة أن تتنافس أو تعزز الاقتران الوسيط بالفوتونات، مما يؤثر على عتبات الإشعاع الفائق.
يلعب التشابك الكمي، الاتصال العميق بين الجسيمات، دورًا مركزيًا. يتجاهل العديد من النهج النصفكلاسيكية ذلك، معالجة الضوء والمادة بشكل منفصل. 'تُبسط النماذج النصفكلاسيكية المشكلة الكمية بشكل كبير لكن على حساب فقدان معلومات حاسمة؛ فهي تتجاهل فعليًا التشابك المحتمل بين الفوتونات والذرات، ووجدنا أن هذا في بعض الحالات ليس تقريبًا جيدًا'، لاحظ المؤلفون. طور الباحثون طريقة حسابية لتتبع التشابك والارتباطات صراحة، مكتشفين طورًا مرتبًا جديدًا بخصائص الإشعاع الفائق.
للنتائج آثار على التكنولوجيات الكمية. في الأنظمة القائمة على التجاويف، يمكن للإشعاع الفائق أن يسرع الشحن في البطاريات الكمية، مما يحسن كفاءة نقل الطاقة. 'بمجرد الحفاظ على التشابك بين الضوء والمادة في النموذج، يمكنك التنبؤ بموعد شحن الجهاز بسرعة ومتى لن يفعل. هذا يحول تأثيرًا متعدد الجسيمات إلى قاعدة تصميم عملية'، قال ميندونكا. قد تفيد التقدمات المماثلة شبكات الاتصال الكمي وأجهزة الاستشعار عالية الدقة. التعاون، المدعوم ببرامج مثل 'مبادرة التميز -- جامعة البحث' (IDUB) في جامعة وارسو ووكالة التبادل الأكاديمي الوطنية البولندية (NAWA)، يؤكد قيمة التنقل الدولي.