Efecto Mpemba cuántico verificado experimentalmente: Acelerando la relajación en sistemas cuánticos
Investigadores de China, Gran Bretaña y Singapur han demostrado experimentalmente el efecto Mpemba cuántico, mostrando que condiciones iniciales específicas pueden acelerar la relajación en sistemas cuánticos. Este fenómeno refleja el efecto Mpemba clásico, donde, paradójicamente, el agua caliente puede enfriarse más rápido que el agua fría bajo ciertas condiciones.
Los hallazgos del equipo, publicados en Nature Communications, involucraron el uso de iones atrapados individuales para acelerar exponencialmente la relajación de un estado puro a un estado estacionario. Esta es una característica clave del efecto Mpemba fuerte (sME). La investigación proporciona estrategias para diseñar y analizar sistemas cuánticos abiertos, lo que podría beneficiar a las baterías cuánticas y otras tecnologías.
El estudio destaca que la tasa de desintegración de un sistema en un estado sME es mayor que la de otros, enfatizando la influencia de las condiciones iniciales en la velocidad de equilibrio. Mientras que los sistemas clásicos se describen mediante la ecuación de Fokker-Planck con la temperatura como variable clave, los sistemas cuánticos siguen la ecuación maestra de Lindblad, donde la energía del estado sME es crucial.
Los investigadores crearon un estado puro con superposición cero con el modo de desintegración más lento (SDM) atrapando un ion Ca y acoplando tres niveles de energía mediante interacciones láser. Al ajustar las frecuencias de Rabi, observaron diferentes regímenes de relajación. La transición de sME a ME débil ocurrió cuando la relación de las frecuencias de Rabi era igual al punto excepcional de Liouville (LEP).
Hui Jing, físico de la Universidad Normal de Hunan en China, señala que la ruta de relajación del sME cuántico incluye el LEP, donde el valor propio del generador dinámico cambia de real a complejo. Este trabajo ofrece un método alternativo para aumentar las tasas de enfriamiento de iones y mejorar la eficiencia de las baterías cuánticas. La investigación futura se centrará en el comportamiento del efecto Mpemba cuántico en el LEP, lo que podría conducir a tasas de desintegración aún más rápidas.