Para fisikawan telah menunjukkan bahwa interaksi langsung antara atom dapat memperkuat superradiasi, efek emisi cahaya yang disinkronkan, dengan memasukkan keterkaitan kuantum ke dalam model mereka. Penelitian yang melibatkan ilmuwan dari Universitas Warsaw dan Universitas Emory mengungkap prinsip baru untuk merancang baterai kuantum, sensor, dan perangkat komunikasi. Diterbitkan di Physical Review Letters, studi ini menyoroti bagaimana mengabaikan gaya atom-atom telah membatasi pemahaman sebelumnya.
Peneliti dari Fakultas Fisika Universitas Warsaw, Pusat Teknologi Baru Universitas Warsaw, dan Universitas Emory di Atlanta, AS, telah menyelidiki bagaimana atom berinteraksi dengan cahaya dalam mode optik bersama di dalam rongga. Karya mereka, yang dirinci dalam makalah Physical Review Letters 2025 berjudul 'Role of Matter Interactions in Superradiant Phenomena' oleh João Pedro Mendonça, Krzysztof Jachymski, dan Yao Wang (DOI: 10.1103/z8gv-7yyk), memperluas model superradiasi. Superradiasi terjadi ketika beberapa atom memancarkan cahaya dalam sinkronisasi sempurna, menghasilkan kecerahan yang melebihi emisi individu.
Model tradisional memperlakukan atom sebagai 'dipol raksasa' tunggal yang terhubung melalui foton, tetapi tim memasukkan gaya dipol-dipol jarak pendek antara atom terdekat. 'Foton bertindak sebagai mediator yang menghubungkan setiap pemancar dengan yang lain di dalam rongga,' jelas Dr. João Pedro Mendonça, penulis pertama yang memperoleh PhD di Universitas Warsaw dan sekarang bekerja di Pusat Teknologi Baru-nya. Interaksi langsung ini dapat bersaing atau memperkuat kopling yang dimediasi foton, memengaruhi ambang superradiasi.
Keterkaitan kuantum, koneksi mendalam antara partikel, memainkan peran sentral. Banyak pendekatan semisiklik mengabaikannya, memperlakukan cahaya dan materi secara terpisah. 'Model semisiklik sangat menyederhanakan masalah kuantum tetapi dengan biaya kehilangan informasi krusial; mereka secara efektif mengabaikan keterkaitan potensial antara foton dan atom, dan kami menemukan bahwa dalam beberapa kasus ini bukanlah aproksimasi yang baik,' catat para penulis. Peneliti mengembangkan metode komputasi untuk melacak keterkaitan dan korelasi secara eksplisit, mengungkap fase teratur baru dengan sifat superradiasi.
Temuan ini memiliki implikasi untuk teknologi kuantum. Dalam sistem berbasis rongga, superradiasi dapat mempercepat pengisian di baterai kuantum, meningkatkan efisiensi transfer energi. 'Setelah Anda mempertahankan keterkaitan cahaya-materi dalam model, Anda dapat memprediksi kapan perangkat akan mengisi dengan cepat dan kapan tidak. Itu mengubah efek banyak badan menjadi aturan desain praktis,' kata Mendonça. Kemajuan serupa dapat menguntungkan jaringan komunikasi kuantum dan sensor presisi tinggi. Kolaborasi ini, didukung oleh program seperti 'Inisiatif Keunggulan -- Universitas Riset' (IDUB) Universitas Warsaw dan Badan Pertukaran Akademik Nasional Polandia (NAWA), menekankan nilai mobilitas internasional.