Учёные создали квантовый микроволновый генератор, работающий без внешнего питания

Международная группа исследователей из Венского технологического университета и Окинавского института науки и технологий провела эксперимент, в ходе которого был получен самоподдерживающийся квантовый микроволновый сигнал.

В ходе лабораторного эксперимента учёные соединили алмазный массив с азотно-вакансионными центрами с микроволновым резонатором. Азотно-вакансионные центры представляют собой точечные дефекты в кристаллической решётке алмаза, где атом углерода заменён атомом азота рядом с пустым узлом. Каждый такой центр содержит электронные спины, способные переключаться между квантовыми состояниями.

При активации системы исследователи зафиксировали первоначальную вспышку сверхизлучения — явления, при котором квантовые частицы коллективно испускают электромагнитное излучение высокой интенсивности. Затем система продолжила генерировать серию стабильных микроволновых импульсов без подачи внешней энергии.

Компьютерное моделирование показало механизм этого процесса: взаимодействие между спинами восстанавливает энергетические уровни системы и запускает новые квантовые переходы. Система самоорганизуется, преобразуя хаотичные спиновые взаимодействия в когерентный микроволновый сигнал.

Результаты эксперимента могут найти применение в спутниковой связи, квантовых датчиках для медицинской визуализации и мониторинга окружающей среды. Такие датчики способны регистрировать минимальные изменения магнитных и электрических полей.