Rối loạn lượng tử tạo năng lượng cho tín hiệu vi sóng tự duy trì trong kim cương

Các nhà nghiên cứu từ TU Wien và Viện Khoa học và Công nghệ Okinawa đã chứng minh rằng siêu phát quang—một hiện tượng lượng tử trong đó nhiều hạt phát ra năng lượng tập thể trong một đợt bùng nổ mạnh mẽ nhưng thường ngắn ngủi—có thể được tận dụng để tạo ra các tín hiệu vi sóng tự duy trì và tồn tại lâu dài mà không cần nguồn năng lượng bên ngoài. Sử dụng một tinh thể kim cương có chứa các trung tâm khuyết nitơ (NV) đặt bên trong một buồng cộng hưởng vi sóng, họ quan sát thấy rằng sau một đợt bùng nổ siêu phát quang ban đầu, hệ thống phát ra một chuỗi các xung vi sóng hẹp, đồng bộ kéo dài tới một mili giây. Sự tồn tại kéo dài bất ngờ này xuất phát từ các tương tác spin–spin bên trong kim cương, giúp phân phối năng lượng một cách động giữa các spin, từ đó cho phép hệ thống tự kích hoạt thông qua một quá trình gọi là tự cảm ứng siêu phát quang maser. Phát hiện này đã lật ngược quan điểm truyền thống cho rằng các tương tác như vậy chỉ gây ra nhiễu và phá hủy sự đồng bộ trong các hệ lượng tử. Thay vào đó, các động lực spin hỗn loạn tự tổ chức để duy trì một tín hiệu vi sóng ổn định và đồng bộ. Khả năng tạo ra các tín hiệu lượng tử tồn tại lâu dài và tự duy trì có ý nghĩa quan trọng đối với các công nghệ ứng dụng thực tiễn.