Горячая вода иногда замерзает быстрее тёплой — этот парадоксальный феномен известен как эффект Мпембы. Теперь нечто подобное обнаружили в квантовой физике: состояние со слабой запутанностью (особой квантовой корреляцией между частицами, при которой их состояния связаны независимо от расстояния) может достичь цели быстрее, чем состояние с изначально более сильной запутанностью. Цель — надёжная, сильная запутанность, необходимая для квантовых вычислений и защищённой передачи данных.
Обычно квантовую систему постепенно охлаждают или направляют к нужному состоянию, и кажется логичным начинать с уже «продвинутого» варианта — с более сильной запутанностью. Однако авторы исследования показали, что иногда выгоднее стартовать с менее запутанного состояния. Причина кроется в динамике релаксации: различные «узоры» запутанности, то есть различные конфигурации квантовых корреляций, затухают с разной скоростью. Если начальный узор содержит больше медленно релаксирующих компонент, он доберётся до финиша позже, даже если изначально был ближе к цели.
Физики вывели общее правило, предсказывающее такой разворот, и проверили его на точно решаемых моделях — теоретических системах, допускающих точное аналитическое решение уравнений движения. Расчёты показали, что правильный выбор начального состояния заметно сокращает время ожидания. Для экспериментальной проверки предложена схема с ионами в ловушке — реальный прибор, где можно наблюдать этот эффект в контролируемых условиях. Так инженерная хитрость с начальными условиями открывает путь к более быстрой сборке квантовых схем без переделки всей установки.
Обычный эффект Мпембы (горячая вода замерзает быстрее) до сих пор вызывает споры, хотя известен со времён Аристотеля. Квантовый вариант, напротив, имеет строгое математическое обоснование.
В романе «Квантовый вор» Ханну Райаниеми запутанность используется как ресурс для мгновенной связи и вычислений — эффект Мпембы мог бы стать лайфхаком для ускорения таких технологий.