锶超辐射激光中腔介导的集体自旋交换相互作用

激光冷却与量子简并原子正被广泛用作可解释强关联材料体系行为的量子模拟器，以及当今最精密传感器的基础。实现这些目标的关键挑战在于理解并控制原子间的相干相互作用。在此，我们观察到由光学腔介导的长程交换相互作用，其在由锶的毫赫兹线宽钟跃迁构成的伪自旋-1/2 系统上表现为可调谐的自旋-自旋相互作用。我们观察到所谓单轴扭转动力学、多体能隙的出现，以及光学相干性针对某些退相干源的能隙保护特征。这些效应在基于毫赫兹线宽跃迁运行的脉冲超辐射激光输出中显现。我们的观察将有助于未来设计利用腔 QED 独特控制与探测能力以及长寿命 Sr 原子丰富内部结构的通用量子模拟器。它们也为利用量子关联提升计量精度的下一代原子钟开辟了途径。