Квантовий ефект Мпемби експериментально підтверджено: прискорення релаксації в квантових системах

Дослідники з Китаю, Великої Британії та Сінгапуру експериментально продемонстрували квантовий ефект Мпемби, показавши, що певні початкові умови можуть прискорити релаксацію в квантових системах. Це явище відображає класичний ефект Мпемби, де, парадоксально, гаряча вода може охолоджуватися швидше, ніж холодна вода за певних умов.

Результати команди, опубліковані в Nature Communications, включали використання окремих захоплених іонів для експоненціального прискорення релаксації чистого стану в стаціонарний стан. Це є ключовою характеристикою сильного ефекту Мпемби (sME). Дослідження надає стратегії для проектування та аналізу відкритих квантових систем, що потенційно приносить користь квантовим батареям та іншим технологіям.

Дослідження підкреслює, що швидкість розпаду системи в стані sME є більшою, ніж в інших, наголошуючи на впливі початкових умов на швидкість рівноваги. У той час як класичні системи описуються рівнянням Фоккера-Планка з температурою як ключовою змінною, квантові системи підпорядковуються головному рівнянню Ліндблада, де енергія стану sME є вирішальною.

Дослідники створили чистий стан з нульовим перекриттям з найповільнішою модою розпаду (SDM), захопивши іон Ca та з'єднавши три енергетичні рівні за допомогою лазерних взаємодій. Налаштовуючи частоти Рабі, вони спостерігали різні режими релаксації. Перехід від sME до слабкого ME відбувся, коли відношення частот Рабі дорівнювало винятковій точці Ліувілля (LEP).

Хуей Цзін, фізик з Хунаньського педагогічного університету в Китаї, зазначає, що шлях релаксації квантового sME включає LEP, де власне значення динамічного генератора змінюється з дійсного на комплексне. Ця робота пропонує альтернативний метод збільшення швидкості охолодження іонів та підвищення ефективності квантових батарей. Майбутні дослідження будуть зосереджені на поведінці квантового ефекту Мпемби в LEP, що потенційно призведе до ще швидших швидкостей розпаду.