DigitalArtSpace

Исследователи из Венского технического университета (TU Wien) и Института науки и технологий Окинавы (OIST) впервые показали, что сверхизлучающая мазерная генерация может возникать спонтанно, без необходимости применения внешнего источника возбуждения. В ходе эксперимента квантовые частицы самостоятельно сформировали структуру, обеспечивающую стабильную и высокоточную генерацию микроволнового сигнала в течение продолжительного времени – явления, которое ранее признавалось невозможным.

В фундаменте принципа действия лежит явление сверхизлучения – коллективного испускания света квантовыми частицами. В стандартных условиях сверхизлучение демонстрируется в виде краткой и интенсивной вспышки: частицы испускают свет синхронно, усиливая друг друга, однако быстро теряют энергию, и процесс завершается. Ранее предполагалось, что подобные коллективные эффекты обречены на затухание и не способны поддерживаться продолжительное время без внешнего воздействия.

В ходе недавнего исследования физики выявили альтернативный режим. Для этого они соединили микроволновую резонаторную полость с насыщенным скоплением алмазов, содержащих NV-центры — атомные дефекты, спины электронов которых способны служить квантовыми состояниями. Эти спины находились во взаимодействии как между собой, так и с общим электромагнитным полем, расположенным внутри резонатора.

Изначально система функционировала предсказуемым образом: был зарегистрирован кратковременный импульс с повышенной интенсивностью. Однако впоследствии исследователи обнаружили нетипичное явление – последовательность узких и продолжительных микроволновых импульсов, которые возникали автономно. Оказалось, что причиной этого эффекта стали внутренние спиновые взаимодействия, которые не нарушали квантовую когерентность, а, наоборот, непрерывно «активировали» излучение.

Согласно результатам компьютерного моделирования, взаимодействие между спинами приводит к перераспределению энергии в системе и повторному заполнению квантовых уровней, что обеспечивает устойчивый режим генерации. Следовательно, кажущиеся хаотичными квантовые взаимодействия трансформируются в механизм самоподдерживающегося излучения – качественно новый вид коллективного квантового поведения.

В новых исследованиях авторы отмечают, что данное открытие кардинально пересматривает понимание роли взаимодействий в квантовых системах. Обычно эти процессы препятствуют управлению квантовыми состояниями и вызывают их дестабилизацию, однако в данном эксперименте они стали причиной появления упорядоченного и высококогерентного сигнала.

Реализация данной разработки может иметь существенное влияние. Эти самоподдерживающиеся микроволновые источники обладают потенциалом для использования в высокоточных квантовых сенсорах, которые способны регистрировать незначительные колебания магнитных и электрических полей. Данные технологии востребованы в сфере медицинской диагностики, при изучении свойств материалов, в системах коммуникации и навигации. В целом, исследование демонстрирует, как базовые принципы квантовой физики могут непосредственно создавать инновационные приборы для научных и промышленных нужд.

Похожие статьи

Новый алгоритм Дарвина-Гёделя учит искусственный интеллект самостоятельно программировать.

В США производят эффективные процессоры: тайванские чипы TSMC возвращаются на родину для завершения производства.

В продаже — новая Lada Granta с увеличенным дорожным просветом

Новые модели Kia могут появиться на российском рынке.

Недорогой аналог Toyota Camry с пробегом более 2000 км завоевал популярность

Рамный внедорожник BAW 212 T01 с мощным двигателем: «Китайский УАЗ» с комфортом.