Rydberg原子是外层电子被激发至极高能级的原子体系，原子间相互作用强，常被用于量子模拟与量子技术研究，并被认为有望呈现多种非常规物质相。

重庆大学与重庆师范大学研究人员近日报告称，他们在数值模拟中发现一种新的高度同步量子相——超辐射时钟（superradiant clock，SRC）相。研究指出，该相可能出现在由高度可调光镊阵列构建的三角晶格中、被困于光学腔内的Rydberg原子系统。相关成果发表于《Physical Review Letters》。

论文资深作者张学峰在接受Phys.org采访时表示，研究动机来自于探索“几何挫折”与量子化光子场（腔量子电动力学）结合后，量子光学体系中可能出现的新现象。团队希望系统评估量子化光子场引入的无限远程（全连接）相互作用，如何改变受挫系统的基态相图与量子相变行为，并寻找潜在的新物质相。

光学腔内的三角晶格Rydberg原子模型

研究团队开展了大规模量子蒙特卡洛模拟，考察由Rydberg原子构成的三角阵列在光学腔中的基态性质。光学腔通过两个或多个镜面将光束限制在有限空间内，使光在腔内反复反射；在该结构中，原子与腔内单一量子化光子模式发生共同作用。

张学峰介绍，模型可视为大量具有两个能级（基态与Rydberg态）的原子规则排列在三角晶格上，并与腔内单一量子化光子模式耦合。研究同时讨论了“无序中有序”（order by disorder，OBD）机制在该体系中的作用：量子涨落可消除几何挫折导致的宏观简并，从而引发自发的平移对称性破缺。

研究人员指出，与将受挫Rydberg原子阵列耦合到经典光场的情形不同，在本工作中，量子涨落由全连接相互作用提供，使得得到的基态性质与经典光场情形存在根本差异。

数值结果：半填充条件下出现SRC相

模拟结果显示，当光学晶格中约一半位置被激发的Rydberg原子占据，且原子以三角阵列排列时，体系会出现SRC相。研究描述称，在该相中，原子会自发组织成具有“时钟对称性”的模式，并在腔内集体产生相干光，呈现超辐射特征。

研究团队表示，这一相态被认为是由腔量子电动力学“催化”的新型量子物质相，在经典系统中无法稳定存在。作者认为，强光—物质耦合为操控与发现多体量子相提供了新的路径。

后续方向：实验实现与稳定性评估

研究人员称，大规模数值模拟使团队得以对SRC相进行初步表征，并为后续实验实现与探测提供线索。张学峰表示，量子化光子场通过引入有效的远程环交换相互作用，不仅重塑了系统的低能物理格局，也诱导了更为丰富的量子相变。

在后续研究计划中，团队拟进一步考察Rydberg原子间更长程相互作用对SRC相的影响，并评估实验中可能存在的因素（如腔泄漏与系统非均匀性）对新相稳定性的作用。此外，研究还计划扩展至其他受挫几何结构，包括Kagome晶格或自旋冰，以探索腔量子电动力学与不同类型挫折结合时可能出现的新现象。

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