Físicos demonstraram que interações diretas entre átomos podem amplificar a superradiância, um efeito de emissão de luz sincronizada, incorporando entrelaçamento quântico em seus modelos. A pesquisa, envolvendo cientistas da Universidade de Varsóvia e da Universidade Emory, revela novos princípios para o design de baterias quânticas, sensores e dispositivos de comunicação. Publicada em Physical Review Letters, o estudo destaca como ignorar forças átomo-átomo limitou entendimentos anteriores.
Pesquisadores da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia, do Centro de Novas Tecnologias da Universidade de Varsóvia e da Universidade Emory em Atlanta, EUA, investigaram como átomos interagem com a luz em modos ópticos compartilhados dentro de cavidades. Seu trabalho, detalhado em um artigo de Physical Review Letters de 2025 intitulado 'Role of Matter Interactions in Superradiant Phenomena' por João Pedro Mendonça, Krzysztof Jachymski e Yao Wang (DOI: 10.1103/z8gv-7yyk), expande modelos de superradiância. A superradiância ocorre quando múltiplos átomos emitem luz em sincronização perfeita, produzindo brilho superior às emissões individuais.
Modelos tradicionais tratam átomos como um único 'dipolo gigante' acoplado via fótons, mas a equipe incluiu forças dipolo-dipolo de curto alcance entre átomos próximos. 'Os fótons atuam como mediadores que acoplam cada emissor aos demais dentro da cavidade', explicou o Dr. João Pedro Mendonça, o primeiro autor que obteve seu PhD na Universidade de Varsóvia e agora trabalha em seu Centro de Novas Tecnologias. Essas interações diretas podem competir ou reforçar o acoplamento mediado por fótons, influenciando limiares de superradiância.
O entrelaçamento quântico, a conexão profunda entre partículas, desempenha um papel central. Muitos enfoques semiclassicos o ignoram, tratando luz e matéria separadamente. 'Modelos semiclassicos simplificam grandemente o problema quântico, mas ao custo de perder informações cruciais; eles efetivamente ignoram o possível entrelaçamento entre fótons e átomos, e encontramos que em alguns casos isso não é uma boa aproximação', notaram os autores. Os pesquisadores desenvolveram um método computacional para rastrear explicitamente o entrelaçamento e correlações, descobrindo uma nova fase ordenada com propriedades de superradiância.
As descobertas têm implicações para tecnologias quânticas. Em sistemas baseados em cavidades, a superradiância poderia acelerar a carga em baterias quânticas, melhorando a eficiência de transferência de energia. 'Uma vez que você mantém o entrelaçamento luz-matéria no modelo, pode prever quando um dispositivo carregará rapidamente e quando não. Isso transforma um efeito de muitos corpos em uma regra de design prática', disse Mendonça. Avanços semelhantes podem beneficiar redes de comunicação quântica e sensores de alta precisão. A colaboração, apoiada por programas como a 'Iniciativa de Excelência -- Universidade de Pesquisa' (IDUB) da Universidade de Varsóvia e a Agência Nacional Polonesa de Intercâmbio Acadêmico (NAWA), ressalta o valor da mobilidade internacional.