В 1963 году танзанийский школьник Эрасто Мпемба заметил, что горячее мороженое застывает быстрее холодного. Этот парадокс, названный его именем, долго оставался предметом споров о классической термодинамике. Теперь квантовый мир предлагает свою версию: состояние с более сильным нарушением симметрии может восстанавливать её быстрее, чем менее нарушенное. Это и есть квантовый эффект Мпембы — гонка симметрий, где тот, кто сильнее отклонился, приходит к финишу первым.

На 16-кубитном сверхпроводящем процессоре с кольцевой топологией исследователи устроили эту гонку в контролируемых условиях. 14 кубитов образовали цепочку, где ближние связи задавались ёмкостными элементами, а дальние — через центральный перестраиваемый резонатор. Отношение ближней и дальней связи r варьировалось от 10 до 1, что позволяло переключаться между режимами сильной локализации и термализации. Начальные состояния — наклонённые неелевские и ферромагнитные произведения с углами наклона π/4 и π/2 — по-разному нарушали симметрию. Для измерения асимметрии запутанности (меры отклонения от симметричного состояния) проводилась квантовая томография трёхкубитной подсистемы: 27 базисов измерений, восстановление матрицы плотности методом наименьших квадратов с физическими ограничениями, затем проекция на зарядовые сектора и вычисление разности энтропий фон Неймана.

Результаты показали, что эффект не постоянен, а зависит от условий. В режиме сильных ближних связей (r≈10) кривые асимметрии запутанности для состояний с углами π/4 и π/2 пересекаются: состояние с большим нарушением симметрии восстанавливает её быстрее — явный признак эффекта. В промежуточном режиме (r≈1) пересечение исчезает: асимметрия монотонно спадает, а энтропия запутанности выходит на значение Пейджа, что указывает на подавление эффекта при термализации. Однако эффект удалось вернуть двумя способами: введением линейного потенциала на узлах (W=6 МГц), который подавляет эргодичность сильнее для меньшего угла наклона, и стартом из наклонённых ферромагнитных состояний, где динамика сводится к модели Липкина–Мешкова–Глика. Во втором случае пересечение сохраняется даже при сильном беспорядке на узлах (равномерное распределение в диапазоне ±14g), в отличие от предыдущих экспериментов на ионных ловушках.

Эта работа — не просто демонстрация экзотики. Она показывает, что квантовый эффект Мпембы — управляемое свойство неравновесной динамики. В отличие от соседних исследований, где эффект наблюдался в одной конфигурации, здесь продемонстрирована многомерная модуляция: изменение дальности связи, локальных потенциалов и начальных состояний. Это даёт универсальные ручки управления релаксацией и связывает восстановление симметрии с термализацией и эргодичностью. Практическая польза может проявиться в ускорении сброса кубитов и приготовлении квантовых состояний — критически важных операциях для квантовых компьютеров.

Перспективы открываются широкие. Возможные направления — изучение эффекта в режиме претермализации, при других симметриях (Z₂, SU(2)), а также при гамильтонианах, нарушающих симметрию. Интересно исследовать связь с ускоренным сбросом кубитов и приготовлением состояний. Гонка симметрий только начинается, и теперь у нас есть трек, на котором можно менять правила.