​ ​如果说量子世界最怕“内耗”,那这项工作偏要把内耗变成发动机:维也纳工业大学(TUWien)与冲绳科学技术大学院大学(OIST)的团队,做出了首个“自诱导超辐射”量子微波激射现象,微波信号在没有持续外部泵浦的情况下还能自己续航。
​ ​这并非是另一条更为强劲的曲线,而是一种既更具危险性又更具吸引力的宣称,未来的精密信号源,或许不再依赖外界来提供能量,而是凭借系统内部相互制约来保持秩序。
​ ​他们的论文题为《Self-inducedsuperradiantmasing》,发表于《NaturePhysics》。研究平台是把钻石中的氮空位(NV)中心自旋系综耦合到微波腔里,让许多量子自旋共享同一个电磁模式。

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​ ​关键反转发生在“按理说应该结束”的那一刻:在一次快速的超辐射爆发之后,系统不是安静衰减,而是出现后续的发射脉冲列,并进入准连续微波激射,最长可达1毫秒。从直觉上看,这几乎等于把“量子系统会很快散掉”这条经验,当场改写。
​ ​从数据层面来讲是比较有说服力的,它们的微波腔谐振频率大概是3.1GHz,腔线宽大约是418kHz,可是准连续激射段的观测线,宽却仅仅大概是5–20kHz,论文着重指出这比腔线宽还有单自旋线宽都窄了两个数量级。
​ ​若用工程技术术语来表述,关键不在于更大功率,而在于能否实现更窄线宽、更稳定相位的微波源,雏形这才是精准制约GPS、雷达、通信及计量领域的核心所在,新闻稿中也直接指出,该技术有望为导航、常规通信以及量子通信等对高稳定性微波信号有迫切需求的领域提供支撑。这些应用看似遥远,实则构成了现代社会运行所依赖的时间与频率基石。
​ ​更值得盯紧的,是它的物理机制并不靠“更完美的隔离”,反而靠“更复杂的相互作用”。

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​ ​论文指出,这种持续发射来自“谱洞回填”(spectralholerefilling):自旋反转会被重新分配回与腔共振、能参与超辐射的那一窗频段。
​ ​团队还做了最多到一百万自旋的微观模拟,用来证明自诱导激射确实由自旋—自旋的偶极相互作用驱动。
​ ​在新闻稿里,第一作者WenzelKersten把它讲得更直白:那些看似“脏乱”的自旋相互作用,反而在给发射“供能”,系统从通常会摧毁相干性的无序中组织出高度相干的微波信号。OIST的KaeNemoto也强调,这改变了对量子世界的理解:过去被认为会破坏量子行为的相互作用,可以被用来“创造”它。
​ ​这里存在一条需明确的界限,实验并非能凭空就实现永动,它还是得有初始制备的,比如说得把自旋系综先翻转到反转态之类的,不过奇妙之处在于后面的续航,以及再点火,不再需要持续的外部泵浦了,而是依靠内部相互作用把可用反转不断送至“可辐射窗口。
​ ​我认为,这比研发出一个新器件更具深远意义,它预示着量子工程的下一个阶段,或许将从消除耦合转向驾驭耦合。

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​ ​从行业角度,这条路一旦走通,意义不只是替代某个传统微波源,而是给“固态、可集成、超窄线宽”的微波基准多开一扇门。论文讨论也提到,这些发现指向由微波驱动自旋控制所供能的超窄线宽固态超辐射微波激射器的可能性。这会把“精密频率源”从昂贵笨重的少数设备,推向更接近芯片系统的形态。
​ ​当然,真实的关键区别,在于可反复性以及可工程化方面,能不能稳定地反复出现1毫秒级的线宽还有,频漂把控到计量级、能不能在不同材料与腔结构之间转移,TUWien的JörgSchmiedmayer在新闻稿里也同样把重点放在量子传感上:这种机制或许会让探测微小磁电场变化的量子传感器,更加优异,而且有可能对医学成像这类应用产生作用。
​ ​如果“噪声般的相互作用”都能被改造成相干信号的燃料,这样下一批量子器件,你更看好它先改变哪一块——更稳的导航时钟、更灵敏的成像,还是更便宜的实验室微波基准?你希望把这种“自诱导续航”的思想,用到激光、太赫兹还是量子计算的哪一环?
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