L'effet Mpemba quantique vérifié expérimentalement : Accélérer la relaxation dans les systèmes quantiques
Des chercheurs de Chine, de Grande-Bretagne et de Singapour ont démontré expérimentalement l'effet Mpemba quantique, montrant que des conditions initiales spécifiques peuvent accélérer la relaxation dans les systèmes quantiques. Ce phénomène reflète l'effet Mpemba classique, où, paradoxalement, l'eau chaude peut refroidir plus vite que l'eau froide dans des conditions particulières.
Les résultats de l'équipe, publiés dans Nature Communications, impliquaient l'utilisation d'ions piégés uniques pour accélérer de façon exponentielle la relaxation d'un état pur vers un état stationnaire. Il s'agit d'une caractéristique clé de l'effet Mpemba fort (sME). La recherche fournit des stratégies pour concevoir et analyser des systèmes quantiques ouverts, ce qui pourrait être bénéfique pour les batteries quantiques et d'autres technologies.
L'étude souligne que le taux de désintégration d'un système dans un état sME est supérieur à celui des autres, soulignant l'influence des conditions initiales sur la vitesse d'équilibre. Alors que les systèmes classiques sont décrits par l'équation de Fokker-Planck avec la température comme variable clé, les systèmes quantiques suivent l'équation maîtresse de Lindblad, où l'énergie de l'état sME est cruciale.
Les chercheurs ont créé un état pur avec un recouvrement nul avec le mode de désintégration le plus lent (SDM) en piégeant un ion Ca et en couplant trois niveaux d'énergie à l'aide d'interactions laser. En ajustant les fréquences de Rabi, ils ont observé différents régimes de relaxation. La transition du sME au ME faible s'est produite lorsque le rapport des fréquences de Rabi était égal au point exceptionnel Liouvillien (LEP).
Hui Jing, physicien à l'Université normale du Hunan en Chine, note que le chemin de relaxation du sME quantique inclut le LEP, où la valeur propre du générateur dynamique passe du réel au complexe. Ce travail offre une méthode alternative pour augmenter les taux de refroidissement des ions et améliorer l'efficacité des batteries quantiques. Les recherches futures se concentreront sur le comportement de l'effet Mpemba quantique au LEP, ce qui pourrait conduire à des taux de désintégration encore plus rapides.