Свет от обычной лампы — это хаос: фотоны разлетаются кто куда, без всякого порядка. Но если заставить множество атомов испускать свет одновременно и в такт, получается короткая мощная вспышка — как аплодисменты, которые из отдельных хлопков складываются в единый залп. Такое согласованное излучение называют сверхизлучением. Его трудно получить: атомы должны быть очень близко друг к другу, чтобы чувствовать соседей.
В новой работе физики взяли крошечную стеклянную ячейку длиной всего один миллиметр, наполненную горячим паром цезия. Атомы в паре мечутся хаотично, но при высокой плотности расстояние между ними становится меньше длины волны испускаемого света. Тогда атомы начинают действовать как единый ансамбль. Учёные заставили их испускать не одиночные фотоны, а пары связанных фотонов — это нужно для квантовой связи и вычислений.
Результат проявился во временной форме сигнала: всплеск пар фотонов сжался с 0,60 до 0,17 наносекунды. Такое резкое укорочение — прямое доказательство, что атомы излучали не порознь, а коллективно. При этом скорость рождения зарегистрированных пар превысила миллион в секунду, а случайных совпадений было мало — всего одна на 280 событий.
Эта работа показывает: сверхизлучение можно получить в простом и дешёвом устройстве — стеклянной ячейке с паром, а не в сложной установке с ультрахолодными атомами. Горячий пар цезия, знакомый по атомным часам, оказался удобной сценой для квантового хора. Возможно, скоро такие ячейки станут источником квантового света в обычных лабораториях.
Длина ячейки — один миллиметр, это примерно толщина десяти человеческих волос, уложенных рядом.
В сериале «Пространство» квантовая связь работает через запутанные пары фотонов — такой источник мог бы стоять на борту «Росинанта».