更新时间：2025-05-11 13:03作者：佚名
半个世纪前，物理学家提出了一个想法：如果一组量子粒子彼此足够强大，他们可能会突然进入“协调状态”，所有颗粒自发地波动，就像一群人同时突然跳舞而没有命令。
这是“超放射相变”（SRPT）。从理论上讲，它可能存在。但是很快，其他理论却刻画了这一问题：这种现象至少在现实世界中，至少在光和原子的系统中。原因是所谓的“无关定理”。这是量子光学的普遍限制：在常规条件下，真空中量子波动的强度不足以触发这种协同行为。换句话说，即使您建立一个空腔和安排原子，该理论也会告诉您：您很难实现它。但是现在，该定理已被绕过。它不是通过增强光场，而不是通过设计更复杂的腔，而是——根本不再依赖于光线。
莱斯大学的一组研究人员直接使用磁性材料中的“自旋系统”来实现SRPT。实验数据清楚地表明，一个量子模态能量突然消失，另一个量子能发生变化，这是进入SRPT时最关键的“光谱指纹”。他们的样品是铁氧体晶体。该材料由Erbium，铁和氧气组成，并且自然包含两个不同的磁性子系统：铁离子的磁子（即自旋波）和Erbium离子的电子旋转。将这两个系统置于负272摄氏度的极低温度环境中，并应用了7个特斯拉的外部磁场（约100,000倍地球磁场的100,000倍）。在如此极端的环境中，两个自旋系统是强烈耦合的。结果，它们突然同步波动，整体系统进入了一个全新的量子相。这是SRPT。关键是，这不是光与物质之间的协调，而是“物质和物质”的耦合行为。具体而言，正是磁子和电子旋转之间的共振，取代了原始理论中“真空波动”和“物质自由”之间的对应关系。从逻辑上讲，这是一个可变替换——，只要您更改变量，原始的“ no-go定理”将不再应用。从实验上讲，这是对路径——传统SRPT实验的重写，依赖于腔量子电动力系统，这一次它可以在固态磁性晶体中完全实现，具有更稳定的结构和更强的复制。理论模型由赖斯的团队与横滨国立大学合作完成。研究人员仔细地对材料的磁参数进行了建模，以使理论与实验数据一致。特别值得注意的是，这种现象不是孤立的情况。铁矿仅是代表性，而其他具有多个子系统耦合特性的磁性材料也可以用于实现相似的效果。从应用程序的角度来看，SRPT的关键特征是系统自然进入相变临界点附近的“量子压缩状态”。这是一种量子波动受到极大抑制，噪声较低且精度较高的状态，非常适合高敏量量子测量和信息处理。换句话说，这不是物理学家的“展示技能”，但预计将成为诸如量子传感和量子计算之类的核心技术的新基础。现在，人们可以通过磁性材料来完成人们认为“仅在光线上”的事情。这并不是在限制局限性，而是改变一个方向，启动新的道路，并穿过被认为是“无法实现”的路径。