Квантовый эффект Мпембы экспериментально подтвержден: ускорение релаксации в квантовых системах
Исследователи из Китая, Великобритании и Сингапура экспериментально продемонстрировали квантовый эффект Мпембы, показав, что определенные начальные условия могут ускорить релаксацию в квантовых системах. Это явление отражает классический эффект Мпембы, когда, как это ни парадоксально, горячая вода может охлаждаться быстрее, чем холодная, при определенных условиях.
Результаты работы группы, опубликованные в Nature Communications, включали использование отдельных захваченных ионов для экспоненциального ускорения релаксации чистого состояния в стационарное состояние. Это является ключевой характеристикой сильного эффекта Мпембы (sME). Исследование предоставляет стратегии для проектирования и анализа открытых квантовых систем, что потенциально может принести пользу квантовым батареям и другим технологиям.
В исследовании подчеркивается, что скорость распада системы в состоянии sME выше, чем у других, что подчеркивает влияние начальных условий на скорость равновесия. В то время как классические системы описываются уравнением Фоккера-Планка с температурой в качестве ключевой переменной, квантовые системы подчиняются главному уравнению Линдблада, где энергия состояния sME имеет решающее значение.
Исследователи создали чистое состояние с нулевым перекрытием с самым медленным модом распада (SDM), захватив ион Ca и связав три энергетических уровня с помощью лазерных взаимодействий. Настраивая частоты Раби, они наблюдали различные режимы релаксации. Переход от sME к слабому ME произошел, когда отношение частот Раби равнялось исключительной точке Лиувилля (LEP).
Хуэй Цзин, физик из Хунаньского педагогического университета в Китае, отмечает, что путь релаксации квантового sME включает LEP, где собственное значение динамического генератора меняется с действительного на комплексное. Эта работа предлагает альтернативный метод увеличения скорости охлаждения ионов и повышения эффективности квантовых батарей. Будущие исследования будут сосредоточены на поведении квантового эффекта Мпембы в LEP, что потенциально может привести к еще более быстрым скоростям распада.