量子ムペンバ効果が実験的に検証：量子系における緩和の加速

中国、イギリス、シンガポールの研究者たちは、量子ムペンバ効果を実験的に実証し、特定の初期条件が量子系における緩和を加速できることを示しました。この現象は、古典的なムペンバ効果を反映しており、逆説的に、特定の条件下では熱い水が冷たい水よりも速く冷えることがあります。

Nature Communicationsに掲載されたチームの発見には、単一のトラップされたイオンを使用して、純粋な状態から定常状態への緩和を指数関数的に加速することが含まれていました。これは、強いムペンバ効果（sME）の重要な特徴です。この研究は、量子バッテリーやその他のテクノロジーに潜在的な利益をもたらす、オープンな量子系を設計および分析するための戦略を提供します。

この研究は、sME状態のシステムの崩壊率が他のものよりも大きいことを強調し、平衡速度に対する初期条件の影響を強調しています。古典的なシステムは、温度を主要な変数とするフォッカー・プランク方程式によって記述されますが、量子システムはリンドブラッドマスター方程式に従い、sME状態のエネルギーが重要です。

研究者たちは、Caイオンをトラップし、レーザー相互作用を使用して3つのエネルギーレベルを結合することにより、最も遅い崩壊モード（SDM）との重複がゼロの純粋な状態を作成しました。ラビ周波数を調整することにより、さまざまな緩和レジームを観察しました。sMEから弱いMEへの移行は、ラビ周波数の比がリウヴィル例外点（LEP）に等しい場合に発生しました。

中国の湖南師範大学の物理学者であるHui Jingは、量子sMEの緩和経路には、動的ジェネレーターの固有値が実数から複素数に変化するLEPが含まれていると述べています。この研究は、イオン冷却速度を上げ、量子バッテリーの効率を高めるための代替方法を提供します。将来の研究では、量子ムペンバ効果のLEPでの挙動に焦点を当て、崩壊率がさらに速くなる可能性があります。