Горячий кофе иногда замерзает быстрее, чем холодная вода из-под крана. Этот парадокс, известный как эффект Мпембы, долго считали курьёзом классической физики. Теперь его квантовый аналог помог проверить и откалибровать квантовые процессоры — устройства, которые в будущем станут основой сверхмощных компьютеров.
Физики работали с процессорами на нейтральных атомах — частицах, удерживаемых в вакууме лазерными пинцетами (сфокусированными лазерными лучами, действующими как крошечные захваты). Они готовили атомы в особых начальных состояниях и запускали два сценария расслабления — процесса, в котором система переходит в равновесие: быстрый и медленный. Быстрый путь позволял системе достичь интересных смешанных состояний (сочетаний разных квантовых состояний) до того, как шум оборудования испортит картину. Медленный путь, напротив, действовал как чувствительная лакмусовая бумажка: он проявлял малейшие ошибки в подготовке и управлении атомами. Измеряя конечное распределение атомов по вычислительным состояниям (состояниям, используемым для кодирования информации), учёные напрямую оценивали, насколько точно процессор воспроизводит заданную динамику.
Такой подход превращает сам квантовый процессор в измерительный прибор для самого себя. Разработчики получают не просто оценку «работает или нет», а детальную карту ошибок с привязкой ко времени. Это позволяет адаптивно корректировать управляющие сигналы и повышать точность воспроизведения целевой динамики. Результаты показывают, что многочастичное расслабление (расслабление системы, состоящей из множества взаимодействующих частиц) может стать универсальным инструментом валидации и калибровки для программируемых квантовых устройств.
Классический эффект Мпембы до сих пор вызывает споры среди физиков: одни считают его реальным, другие — артефактом эксперимента. Квантовая версия, напротив, строго предсказана теорией и теперь подтверждена на практике.