Efeito Mpemba Quântico Verificado Experimentalmente: Acelerando o Relaxamento em Sistemas Quânticos
Pesquisadores da China, Grã-Bretanha e Singapura demonstraram experimentalmente o efeito Mpemba quântico, mostrando que condições iniciais específicas podem acelerar o relaxamento em sistemas quânticos. Este fenômeno espelha o efeito Mpemba clássico, onde, paradoxalmente, a água quente pode esfriar mais rápido do que a água fria sob condições particulares.
As descobertas da equipe, publicadas na Nature Communications, envolveram o uso de íons presos individuais para acelerar exponencialmente o relaxamento de um estado puro em um estado estacionário. Esta é uma característica chave do efeito Mpemba forte (sME). A pesquisa fornece estratégias para projetar e analisar sistemas quânticos abertos, potencialmente beneficiando baterias quânticas e outras tecnologias.
O estudo destaca que a taxa de decaimento de um sistema em um estado sME é maior do que outras, enfatizando a influência das condições iniciais na velocidade de equilíbrio. Enquanto os sistemas clássicos são descritos pela equação de Fokker-Planck com a temperatura como a variável chave, os sistemas quânticos seguem a equação mestra de Lindblad, onde a energia do estado sME é crucial.
Os pesquisadores criaram um estado puro com sobreposição zero com o modo de decaimento mais lento (SDM) prendendo um íon Ca e acoplando três níveis de energia usando interações de laser. Ao ajustar as frequências de Rabi, eles observaram diferentes regimes de relaxamento. A transição de sME para ME fraco ocorreu quando a razão das frequências de Rabi era igual ao ponto excepcional de Liouville (LEP).
Hui Jing, um físico da Hunan Normal University na China, observa que o caminho de relaxamento do sME quântico inclui o LEP, onde o autovalor do gerador dinâmico muda de real para complexo. Este trabalho oferece um método alternativo para aumentar as taxas de resfriamento de íons e aumentar a eficiência da bateria quântica. Pesquisas futuras se concentrarão no comportamento do efeito Mpemba quântico no LEP, potencialmente levando a taxas de decaimento ainda mais rápidas.