Квантовый эффект Мпембы: управляемое остывание экспресс
Всё стремится к равновесию: чай остывает, маятник затихает. Мерой этого движения служит энтропия — нарастающий беспорядок. Но иногда горячая вода обледеневает раньше тёплой. Эффект Мпембы не просто курьёз — он проявляется и в квантовом мире. Учёные придумали, как управлять этим парадоксом.
Их метод напоминает игру со связанными качелями: чтобы унять раскачавшуюся цепочку, достаточно кратко «отпустить» пружинки у самых неистовых — и общий разброд стихнет. В квантовой системе «качели» — это частицы, а «ослабить пружинки» — значит временно усилить утечку энергии в определённых связях.
Этот приём не зависит от начальных условий и работает для любых квантовых объектов — от холодных атомов гелия до вычислительных кубитов.
Тонкая подстройка затухания обещает ускорить квантовые компьютеры, позволяя им быстрее достигать стабильного состояния. Людвиг Больцман учил, что энтропия растёт неумолимо, но в открытых системах мы можем вмешаться в этот процесс.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2511.04354
The Mpemba effect, where a state farther from equilibrium relaxes faster than one closer to it, is a striking phenomenon in both classical and quantum systems. In open quantum systems, however, the quantum Mpemba effect (QME) typically occurs only for specifically chosen initial states, which limits its universality. Here we present a general and experimentally feasible strategy to realize both QME and anti-QME. By applying a temporary bond-dissipation quench, we selectively suppresses or enhances slow relaxation modes, thereby reshaping relaxation pathways independently of both the system and the initial state. We demonstrate this mechanism in systems with dephasing and boundary dissipation, and outline feasible cold-atom implementations. Our results establish controllable dissipation as a versatile tool for quantum control, accelerated relaxation, and efficient nonequilibrium protocols.
Эффект Мпембы, открытый в XX веке школьником, был описан ещё Аристотелем: в IV веке до н.э. он заметил, что жители Понта нагревают воду перед заморозкой, чтобы лёд образовывался быстрее.