9 ноября 2026 года Phys.org сообщил об оптической симуляции, в которой кубит без начальной квантовой когерентности приблизился к тепловому равновесию быстрее, чем кубит в суперпозиции. При этом первое состояние изначально было дальше от равновесия. Исследование команды из китайского Southeast University опубликовано в журнале Physical Review Letters (DOI: 10.1103/z9t9-mwgv).

Сильным эффектом Мпембы называют ситуацию, когда система, начавшая дальше от равновесия, достигает его раньше той, что стартовала ближе. Исследователи сравнили два состояния одного кубита: энергетическое состояние с определённой энергией и без когерентности между уровнями и суперпозицию двух уровней, в которой когерентность есть.

Как когерентность влияет на релаксацию

В модели, заданной отображением Дэвиса, несколько самых медленных мод релаксации могут иметь одинаковую скорость затухания, и они связаны с квантовой когерентностью. Поэтому состояние без когерентности может не участвовать в этих медленных процессах. Это объясняет, как оно способно быстрее приблизиться к равновесию, хотя сначала было дальше от него.

Условно это можно сравнить с двумя маршрутами к одной остановке: один проходит через участок, где движение замедляется, а другой его обходит. Второй маршрут может привести к цели раньше, даже если стартовал дальше. Это только поясняющая аналогия: опыт не доказывает, что удаление когерентности всегда ускоряет релаксацию.

Команда смоделировала эволюцию кубита с помощью одного фотона. Температуру и условное время эволюции задавали углами поворота оптических пластинок. Физически время в установке не текло: его кодировали настройками оптических элементов. Состояния анализировали методом квантовой томографии и сравнивали их неравновесную свободную энергию. По сообщению Phys.org, когерентность связана с медленными стадиями релаксации и несёт неравновесную свободную энергию, которую нельзя описать только классическими вероятностями энергетических уровней.

Чтобы проверить, соответствует ли симулированная динамика отображению Дэвиса, исследователи проверили свойство полугруппы: два последовательных применения канала для времени t должны давать тот же результат, что одно применение для времени 2t. Это проверка соответствия модели, а не количественная оценка погрешности установки.

Результат относится к симуляции одного кубита в рамках конкретной математической модели. Он не показывает, что такой эффект обязательно возникает в многокубитных системах или при любом взаимодействии с окружением. Phys.org не приводит численных скоростей и времён релаксации, погрешностей или статистической значимости. Возможность использовать эффект для ускорения охлаждения квантовых устройств авторы рассматривают как направление дальнейшей работы.

С тем, как готовят публикации для научных журналов, связана подготовка научных статей.

Концептуальная схема механизма в модели отображения Дэвиса: состояние без начальной когерентности может не участвовать в медленных модах релаксации.

Фото: Тимур Керимов / Pexels