量子发射体螺旋集体中的单光子超辐射与亚辐射
1954年,罗伯特·迪克首次预言了分布式二能级系统(TLSs)的集体发光现象。他证明当N个量子发射体吸收光子时,其集体辐射衰减速率相对于单个发射体可增强(超辐射)或抑制(亚辐射)。该工作针对无限长直线和螺旋线上连续分布的TLSs与单光子相互作用,推导出集体衰减速率和兰姆位移的新解析表达式。研究人员将这些解与圆柱体上的TLSs集合进行对比,发现不同维度结构的特征值存在相等的极限情况。该团队还将该解与离散分布发射体、以及包含短程(1/r³)、中程(1/r²)和长程(1/r)相互作用项的构型进行比较,发现离散矢量与连续标量发射体情形存在本质差异——当离散间距趋近于0时两者并不吻合。 基于螺旋线解析解,该研究团队估算了蛋白质纤维中量子发射体结构的最大超辐射态、热平均集体衰减速率及俘获态百分比。尽管理想化无限螺旋与描述蛋白质纤维的数值模型存在差异,但解析估算结果与蛋白质纤维稀疏排布发射体的数值模拟表现出极好的一致性。该工作弥合了超辐射不同理论体系间的鸿沟,为利用量子光学效应设计超辐射纠错计算与亚辐射存储器件提供了支撑,并激励人们基于生物物质固有螺旋几何结构探索柔性量子信息处理平台。



