Forskere laver kontraintuitive observationer i hybride kvantesystemer

Et team af forskere fra National Institute of Informatics (NII) i Tokyo og NTT Basic Research Laboratories (BRL, Nippon Telegraph and Telephone Corporation) i Japan har offentliggjort en forklaring på, hvordan kvantesystemer muligvis kan varme op ved at køle ned. Deres papir udkom for nylig i Fysisk gennemgangsbreve .

"Opvarmning ved afkøling lyder temmelig kontraintuitivt, men hvis systemet har symmetrier, forfald kan betyde mange ting, "siger Kae Nemoto, en professor i Principles of Informatics Research Division ved NII, som er en del af Inter-University Research Institute Corporation Research Organization of Information and Systems (ROIS).

Nemoto og hendes team undersøgte et dobbelt subdomænesystem koblet til et enkelt konstanttemperaturreservoir. Hvert underdomæne indeholdt flere spin - en form for vinkelmomentum båret af elementære partikler såsom elektroner og kerner. Forskerne overvejede den situation, hvor spinnene inden for hvert underdomæne er justeret i forhold til hinanden, men selve underdomænerne er i modsætning til hinanden (f.eks. alle op i et og alle ned i det andet). Dette skaber en vis symmetri i systemet.

Som tiden skrider frem, komponenterne i underdomænet henfalder i en proces kaldet afslapning.

"Som regel, vi forventer, at begge domæner henfalder til reservoirtemperaturen; imidlertid, når de to domæner koblet med et reservoir opretholder en vis symmetri, henfaldsprocessen kan tilsyneladende varme det mindre domæne op, selv over grænsen for høj temperatur, "Sagde Nemoto.

Forskerne kan kontrollere domænerne til en vis grad, mens reservoiret faktisk er et meget større, ukendt enhed, der kan karakteriseres ved makroskopiske parametre såsom temperatur. De bruger dette system til at forudsige ny dynamik og udforske de mange niveauer af termalisering, såsom henfaldet i et underdomæne, der spændende komponenterne i et andet underdomæne.

"Køleprocesser kan nu varme et undersystem op, "Sagde Nemoto." Vores sag er matematisk ret enkel, men det angiver den rige dynamik forårsaget af kvantedissipative processer. "

Da ikke alle systemer har symmetri, Nemoto og hendes team vil gerne undersøge de komplekse interaktioner mellem underdomæner og reservoir yderligere. "Vi vil undersøge mere af disse kontra-intuitive forfaldsdynamikker og vise, hvornår og hvordan vi præcist kan se disse dynamikker, "Sagde Nemoto, bemærker, at disse effekter kunne bruges til at designe og kontrollere kvantesystemer.