Výzkumníci z Technické univerzity ve Vídni (TU Wien) a Institutu vědy a technologií v Okinawě (OIST) představili první příklad samoproudu superradiantního generování, které nevyžaduje externí zdroj excitace. V experimentu se kvantové částice organizovaly tak, aby dlouhodobě generovaly stabilní a vysoce přesný mikrovlnný signál — efekt, který byl dříve považován za nemožný.
Základem této práce je jev superradiance, což je kolektivní emise záření kvantovými částicemi. V běžných podmínkách se superradiance projevuje jako krátký a mocný výbuch: částice emitují synchronně, čímž se vzájemně posilují, avšak rychle ztrácí energii, a tím proces končí. Předpokládalo se, že takové kolektivní efekty se nevyhnutelně potlačují a nemohou být udržovány po delší dobu bez externí podpory.
V novém experimentu však fyzici objevili nový režim. Propojili mikrovlný rezonátor s hustým souborem diamantů, které obsahovaly takzvané NV-centra — atomové defekty, ve kterých mohou být elektronové spiny využity jako kvantové stavy. Tyto spiny interagovaly navzájem a s obecním elektromagnetickým polem uvnitř rezonátoru.
Zpočátku se systém choval očekávaným způsobem: vznikl krátký superradiantní impuls. Nicméně, vědci poté zaznamenali něco nečekaného — řetězec úzkých a dlouhotrvajících mikrovlnných impulsů, které se objevovaly samy o sobě. Zdrojem tohoto efektu se ukázala být vnitřní spin-spinová interakce, která nepoškodila kvantovou koherenci, ale naopak neustále „restartovala“ emisi.
Počítačové modelování ukázalo, že kolektivní interakce mezi spiny přerozdělují energii uvnitř systému a znovu osídlují kvantové úrovně, což udržuje stabilní režim generace. Tím se zdánlivě chaotické kvantové interakce přetvořily na mechanismus samoudržujícího se záření — zásadně nový typ kolektivního kvantového chování.
Autoři zdůrazňují, že tento objev mění představy o roli interakcí v kvantových systémech. Totéž procesy, které obvykle brání řízení kvantových stavů a vedou k jejich rozkladu, se v tomto případě staly zdrojem uspořádaného a extrémně koherentního signálu.
Praktické důsledky této práce mohou být významné. Podobné samoudržující se mikrovlnné zdroje jsou potenciálně vhodné pro vysoce přesné kvantové senzory, které mohou zachytit extrémně slabé změny magnetických a elektrických polí. Tyto technologie jsou žádány v oblasti lékařské vizualizace, materiálového výzkumu, komunikačních systémů a navigace. V širším smyslu toto výzkum ukazuje, jak fundamentální účinky kvantové fyziky mohou přímo vést k novým nástrojům pro vědu a průmysl.
