Les systèmes quantiques plus chauds peuvent refroidir plus rapidement que leurs équivalents initialement plus froids
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L’eau chaude gèle-t-elle plus vite que l’eau froide ? Aristote a peut-être été le premier à aborder cette question qui deviendra plus tard connue sous le nom de Effet Mpemba.
Ce phénomène faisait initialement référence au dépendance non monotone à la température initiale du moment de début du gel, mais il a été observé dans divers systèmes — y compris les colloïdes — et est également connu comme un mystérieux phénomène de relaxation qui dépend des conditions initiales.
Cependant, très peu d’entre eux ont déjà étudié cet effet dans les systèmes quantiques.
Aujourd’hui, une équipe de chercheurs de l’Université de Kyoto et de l’Université d’agriculture et de technologie de Tokyo a montré que l’effet Mpemba quantique de température peut être réalisé dans un large éventail de conditions initiales.
“L’effet quantique Mpemba porte le souvenir de conditions initiales qui entraînent une relaxation thermique anormale à des moments ultérieurs”, explique Hisao Hayakawa, chef de projet et co-auteur de l’Institut Yukawa de physique théorique de KyotoU.
L’équipe de Hayakawa a préparé deux systèmes avec des points quantiques connectés à un bain thermique, l’un avec un courant circulant et l’autre dans un état d’équilibre. Les deux ont été trempés jusqu’à un état d’équilibre à basse température, permettant à l’équipe de suivre leur évolution temporelle vers un état stable concernant la matrice de densité, l’énergie, l’entropie et, plus important encore, la température.
“Lorsque les deux copies se sont croisées avant d’atteindre le même état d’équilibre – de sorte que la partie la plus chaude devenait plus froide et vice versa dans une inversion d’identité – nous savions que nous avions atteint l’effet quantique thermique Mpemba”, explique le co-auteur Satoshi Takada. de TUAT.
« Après avoir analysé équation maîtresse quantique“, nous avons également découvert que nous avions obtenu l’effet quantique thermique Mpemba dans un large éventail de paramètres, y compris les températures des réservoirs et les potentiels chimiques”, ajoute le premier auteur correspondant, Amit Kumar Chatterjee, également de KyotoU.
“Nos résultats nous encouragent à explorer l’utilisation potentielle de l’effet quantique Mpemba dans de futures applications au-delà des analyses thermiques”, reflète Hayakawa.
