Физики впервые продемонстрировали сильный эффект Мпембы на одном кубите

Исследователи из Юго-Восточного университета (Китай) провели оптический эксперимент, впервые продемонстрировав сильный эффект Мпембы на одном кубите — минимальной единице квантовой информации. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters. Об этом сообщает издание Phys.org.

Эффект Мпембы — это явление, при котором система, начавшая движение к тепловому равновесию из более далекого состояния, достигает его быстрее, чем система, стартовавшая ближе к равновесию. Сильный вариант эффекта возникает, когда начальное состояние не содержит самых медленно затухающих компонент, что ускоряет релаксацию.

Ученые смоделировали приближение кубита к тепловому равновесию с помощью одиночного фотона, закодировав кубит в его поляризации. Они подготовили два начальных состояния: одно с определенной энергией и без квантовой когерентности, другое — в суперпозиции двух состояний с когерентностью. Оказалось, что состояние без когерентности, несмотря на большую удаленность от равновесия, релаксировало быстрее.

Авторы также проверили точность своей оптической установки, подтвердив, что она корректно воспроизводит динамику, описываемую картой Дэвиса. Работа открывает путь к изучению сильного эффекта Мпембы в более сложных системах и может помочь в разработке квантовых тепловых машин и методов ускоренного охлаждения.