左上：显示逆姆彭巴效应的模拟量子系统。左下角：量子比特级别之间的结果耦合。右图：量子比特映射到 5S1/2被困的塞曼基态流形的水平88Sr离子。图片来源：Physical Review Letters （2024）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.133.010403+

以色列魏茨曼科学研究所（Weizmann Institute of Science）的一组物理学家使用单俘获离子在量子水平上成功证明了逆姆彭巴效应。在他们发表在《物理评论快报》杂志上的研究中，该小组通过捕获与外部热浴偶联的锶-88离子来证明这种效果。

众所周知，在某些情况下，温暖的液体会比冷的液体结冰得更快。1960 年代，一位名叫 Erasto Mpemba 的坦桑尼亚高中生研究了这种现象。他进行了多次实验，以表明它在什么情况下会生效;正因为如此，这种现象现在被称为姆彭巴效应。

不幸的是，尽管许多科学家小组进行了研究，但仍然没有得到很好的理解，尽管已经发现在不同的情况下，也会发生逆姆彭巴效应，其中冷水比热水加热得更快。在这项新的研究中，研究小组证明了这种效应可以发生在量子尺度上。

该团队的工作涉及将单个锶-88离子捕获在外部浴中。首先使用激光冷却（或加热）离子，然后允许离子与温（或冷）浴相互作用，该浴使用第二激光加热（或冷却），导致其量子态的缓慢退相干。

研究小组将处于最终状态的离子描述为处于弛豫路径中，因为如果浴液没有被加热或冷却，它最终会达到这种状态 - 他们指出，这条路径不是热线性的，因为它是一个量子系统而不是一个经典系统。

通过改变离子及其浴的温度，研究小组能够证明，在某些情况下，当离子在较冷的状态下开始其旅程时，它能够比在较热的状态下开始时更快地到达其较温暖的弛豫路径 - 这是逆Mpemba效应的一个例子。

研究小组使用校车的类比来解释为什么他们的实验会以这种方式工作 - 考虑一个公共汽车司机，他只能在最后一个孩子下车时才能完成他的路线，在这种情况下，他受到公共汽车上最慢的孩子的速度的限制。

更多信息：Shahaf Aharony Shapira 等人，在单个捕获离子量子比特上展示的逆 Mpemba 效应，物理评论快报 （2024）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.133.010403.在arXiv上： DOI： 10.48550/arxiv.2401.05830

期刊信息： Physical Review Letters ， arXiv