尽管无线电波、光、X射线等电磁波因为波长的不同而有着不同的名称，但它们都遵循相同的物理定律。例如，它们在真空中的传输速率都是299792458米/秒（与波长无关）。

而SRPT发生在热平衡状态，它起源于电磁场和物质之间的相互作用（图1），这一直是光研究领域的目标。也就是说，SRPT 这种现象可以将光和热力学（或统计物理学）这两个研究领域联系到一起（这两个领域分别主要在非平衡和热平衡状态下进行研究）。这就是为什么我们专注于 SRPT 以及为什么我们认为 SRPT 有潜力推动技术以及我们对世界的理解。

例如，我们发现，即使在热平衡状态下，光子和物质的量子涨落也可以在 SRPT 的临界点被高度抑制（称为量子挤压）（Hayashida 等人），而这种效应主要是在非平衡情况下被讨论的。与非平衡态相比，热平衡态的量子挤压对任何噪声都具有鲁棒性，因此我们现在正试图利用热平衡态的量子挤压来构建抗噪声的量子技术，例如量子传感和量子计算。

物质与电磁场的相互作用是光纤、透镜等多种光学技术的基础。通过这种相互作用（通常称为光与物质的耦合）实现的典型现象是电磁波的折射和反射（图2）。当电磁波通过介质传播时，它们被介质中的原子吸收并重新发射。

但这种现象多久发生一次呢？在大多数材料中，吸收和再发射的速率都低于电磁波的频率（例如，红色光为4 × 10¹⁴赫兹）。

然而，自2009年以来，不断有报道称多种人造材料表现出的吸收和再发射速率与电磁波频率接近甚至更高。这被称为光与物质的超强耦合，根据材料的不同，与物质发生超强耦合的典型频率范围是从无线电波（约10⁹赫兹）到紫外光（约 10¹⁵赫兹）。

例如，半导体量子阱中的电子、电子的回旋加速器运动、染料分子、磁性材料中的自旋波、光学声子、等离子体、碳纳米管、超导电路等都能表现出超强耦合（请参阅综述，例如Forn-Díaz等人）。

光与物质的超强耦合带来的最有趣的特性之一是超辐射相变（SRPT）的产生（请参阅研究主题1）。另一个特性是有限温度下在耦合系统的基态或热平衡下出现光和物质的量子态。当不存在光与物质的耦合时，基态可被简单地表示为电磁场的真空（不存在光子）。当光与物质存在相互作用时，耦合体系的基态一般被表示为量子态（在光和物质的原基础上），比如量子压缩态（表现为电磁场的量子涨落受到抑制）（点击此处阅读更多内容）。

这种“量子性”在超强耦合状态下变得相当显著；如果耦合不那么强，则可以忽略不计。虽然这种“量子性”在光的研究中大多被忽视，但由于近期发现的超强耦合体系，非常有可能观察到这种现象并实现对它的应用。

我们已经从理论上阐明了在SRPT的临界点处可以实现完美的压缩（点击此处阅读更多内容）。此外，我们通过观察所谓的真空布洛赫-西格特位移（点击此处阅读更多内容），在实验中证明了这种压缩的特征。通过制造由碳纳米管组成的样品（Gao等人）和通过向磁性材料施加磁场（Makihara 等人），我们还证明光与物质的耦合强度是能够被操控的，可以使其由弱变为超强。关于超强耦合状态下的激光、与环境耦合等也进行了多项理论研究。

目前，我们正在研究在热平衡下的光与物质的超强耦合体系中所获得的量子态的应用（例如量子传感和量子运算）。我们相信，热平衡下的量子态可能会彻底变革这些技术，因为它们会变得更加耐噪声（退相干）。我们也在试图证明我们的想法是能被实现的。我们相信，这些富有挑战性和创造性的研究对于我们的世界而言是必不可少的，这些研究将实现人类的福祉和可持续发展。