Свет и материя обычно взаимодействуют очень слабо, источники света излучают очень медленно и теряют эффективность из-за того, что часть энергии успевает перейти в тепло. Быстродействующие, а значит экономичные источники могут применяться, например, в лазерном и светодиодном освещении и в квантовых информационных технологиях.

В 1954 г. физик Роберт Дике (Robert Dicke) предсказал возможность усиления взаимодействия света и вещества в случае если возбужденное состояние распределяется на многие атомы в квантовой суперпозиции.

Исследователям из института Нильса Бора Копенгагенского университета наконец удалось продемонстрировать этот эффект экспериментально, но совсем на другой физической системе, чем та, что имел ввиду Дике. Они показали так называемое суперизлучение фотонов одной квантовой точкой — разновидностью искусственного атома, которая может встраиваться в оптический чип. Результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

В квантовой точке электрон возбуждается, например, под воздействием лазерного импульса, и оставляет после себя дырку. Чем сильнее взаимодействие между электроном и дыркой, тем быстрее они сольются снова с излучением света.

«Мы разработали квантовую точку, которая ведёт себя как будто состоит из пяти квантовых точек, то есть излучает свет в пять раз сильнее. Это происходит из-за притяжения между электроном и дыркой. Но главная особенность в том, что эта квантовая точка испускает за один раз только один фотон. Это великолепный однофотонный источник», — сообщил Сорен Стобб (Søren Stobbe) из группы Квантовой фотоники Института Нильса Бора.

Эксперимент осуществлялся в кооперации с группой профессора Дэвида Ритчи (David Ritchie) из Кембриджа, изготовившей для него квантовые точки.

Демонстрация проводилась при температуре на несколько градусов выше абсолютного нуля. По словам Стобба, группа рассчитывает продолжить изучение квантовых точек при ещё более низких температурах, при которых эффект Дике должен проявляться гораздо более драматично.