L'eau chaude gèle parfois plus vite que l'eau froide — c'est l'effet Mpemba. Dans le monde quantique, un paradoxe similaire se manifeste : plus l'équilibre est rompu, plus il se rétablit rapidement. C'est comme une fuite en avant face au désordre (entropie) : le système se hâte vers l'ordre, et un fort déséquilibre initial ne fait que l'aider. Cependant, les particules quantiques obéissent à des règles de conservation strictes — comme celles du modèle standard. Ces règles découpent l'état du système en cellules isolées, à la manière d'un bac à glaçons muni de cloisons. Il s'avère que dans ce système fragmenté, l'effet Mpemba se manifeste deux fois : un type de déséquilibre « fond » rapidement, l'autre plus lentement. Certaines cellules sont gelées pour toujours : le déséquilibre y est conservé, gardant la trace de l'état initial. Ces cellules sont une chronique quantique capable de survivre au système lui-même. Les cellules actives atteignent rapidement l'équilibre, donnant naissance au paradoxe. Les idées de Ludwig Boltzmann sur le lien entre entropie et probabilité, et celles de John von Neumann sur le désordre quantique, s'entrelacent en une trame de mémoire et d'oubli.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2606.06653
A quantum system can restore a broken symmetry faster the more strongly it initially breaks it, an anomaly known as the quantum Mpemba effect. Whether this effect survives once conservation laws fragment the Hilbert space into exponentially many disconnected Krylov sectors has remained open. We address this question for circuits and Hamiltonians with simultaneous charge and dipole conservation, the paradigmatic setting for strong Hilbert-space fragmentation. Combining a replica tensor-network formulation for charge and dipole-conserving gates, which reaches the annealed R\'enyi-2 entanglement asymmetry up to $$L=128$$, with Hamiltonian simulations and an exactly solvable dissipative model, we uncover a higher-order symmetric quantum Mpemba effect: the charge and dipole asymmetries each display Mpemba-like crossings on parametrically distinct timescales. Resolving the state into frozen and active Krylov sectors reveals the mechanism: frozen fragments retain a finite asymmetry that obstructs full restoration, while active fragments host the relaxation responsible for the crossings. Fragmentation thus does not preclude the quantum Mpemba effect but reshapes it into frozen memory and active-fragment relaxation, providing a framework for the Mpemba phenomenology of higher-moment symmetries.
L'effet Mpemba classique a été remarqué par un écolier tanzanien en 1963, alors qu'il préparait de la glace et constatait que le mélange chaud gelait plus vite. Son observation a laissé de nombreux physiciens perplexes.
La fragmentation en cellules isolées évoque l'interprétation des mondes multiples : le passé du système se conserve dans des branches distinctes de la réalité, comme dans des univers parallèles.