纠缠的原子被发现能让发光变得超强

在光-物质系统中，许多发射器（如原子）在腔体内共享同一光学模式。这种模式是光被限制在镜子之间的分布形式，能使原子展现孤立原子无法实现的集体行为，超辐射便是典型例子——原子同步发光，亮度远超单个原子发光总和。

早期超辐射研究多假设光-物质耦合主导，将原子群视作连接腔体电磁场的“巨大偶极子”。华沙大学博士、现该校新技术中心研究员若昂·佩德罗·门东萨解释：“光子充当媒介，耦合腔内所有发射器。”但实际材料中，邻近原子还存在常被忽略的短程偶极-偶极相互作用。新研究发现，这种作用可与光子介导的超辐射耦合竞争或增强，理解其平衡对解释光-物质强相互作用实验至关重要。

量子纠缠在光-物质相互作用中的作用

上述行为核心是量子纠缠——共享量子态粒子间的深层关联。但许多理论方法将光与物质分开处理，抹去这一关键联系。作者指出：“半经典模型简化了量子问题，却丢失关键信息，忽略光子与原子可能的纠缠，有时这并非好近似。”

为此，团队开发明确包含纠缠的计算方法，可追踪原子与光子子系统内部及之间的关联。结果显示，邻近原子直接作用能降低超辐射阈值，还揭示出具有关键特性的未知有序相。总之，包含纠缠是准确描述光-物质全部行为的必要条件。

对量子技术的启示

除深化基础认知，该发现对量子技术有实际意义。基于腔体的光-物质系统是众多新兴设备核心，如量子电池——利用集体量子效应可实现快速充放电的概念储能单元，超辐射能加快充放电、提升效率。

新发现阐明微观原子相互作用如何影响这些过程。通过调节原子间相互作用强度与性质，科学家可调控超辐射条件、控制能量流动。门东萨表示：“保留光-物质纠缠的模型能预测设备充放电速度，将多体效应转化为实用设计规则。”类似原理还可推动量子通信网络与高精度传感器发展。

该研究源于国际合作，汇集多机构 expertise。门东萨在华沙大学“卓越计划——研究型大学”（IDUB）与波兰国家学术交流局（NAWA）支持下多次赴美研究。研究人员强调，合作与流动是成功关键：“这是国际流动与合作促成突破的典范。”