Nature Communications- ın yeni araşdırmasında elm adamları güclü Mpemba effektinin (sME) kvant versiyasını tək tutulmuş ion sistemində nümayiş etdiriblər .

Mpemba effekti, müəyyən şərtlərdə daha isti suyun soyuq sudan daha sürətli soyuduğu əks-intuitiv bir fenomendir.

İlk dəfə 1963-cü ildə Tanzaniyalı orta məktəb şagirdi Erasto Bartholomeo Mpemba tərəfindən təsvir edilmişdir. Lakin erkən elmi ədəbiyyata görə, o, Aristotel dövründən xeyli əvvəl müşahidə edilmişdir.

Klassik effekt tam başa düşülməsə də, tədqiqatçılar indi əsaslı şəkildə fərqli işləyən kvant versiyasını yarada və idarə edə bildiklərini göstərdilər.

Phys.org tədqiqatın arxasında duran bəzi üzvlərlə, o cümlədən dosentlər Yan-Li Zhou və Jie Zhang, Çinin Milli Müdafiə Texnologiyaları Universitetindən professorlar Hui Jing və Ping-Xing Chen və Nottingham Universitetindən dosent Weibin Li ilə danışdı.

Tədqiqatçılar əməkdaşlığın motivasiyasını bölüşdülər: “Hamımızın paylaşdığı ümumi mövzulardan biri kvant nəzarəti ilə bağlıdır.”

“Bir neçə il əvvəl biz relaksasiya sürətləndirilməsi ilə bağlı araşdırmalarla məşğul idik və Carollo və başqalarının kvant Mpemba effekti ilə bağlı nəzəri işini gördük ki, bu da bizi eksperimental və nəzəri birləşmədən güclü Mpemba effektinin sürətləndirici təsirlərini araşdırmağa ruhlandırdı. perspektiv”.

Güclü Mpemba effekti (sME)

Relaksasiya sistemin tarazlıq və ya sabit vəziyyətinə qayıtması prosesini təsvir edir. Bu müddət ərzində sistem tarazlığa çatmaq üçün istənilən yolu seçə bilər, ən çox vaxt aparan yol isə ən yavaş çürümə rejimidir (SDM).

Klassik Mpemba effektində daha isti bir sistem təbii olaraq SDM ilə daha az üst-üstə düşür və bu, daha soyuq bir sistemdən daha sürətli tarazlığa çatmağa imkan verir.

Bu, klassik sistemlərdə temperatur fərqləri ilə təbii olaraq baş versə də, kvant Mpemba effekti fərqli işləyir – o, kvant vəziyyətləri və onların tarazlığa doğru təkamülü vasitəsilə istirahət dinamikasına diqqət yetirir.

Kvant sME-də, Carollo və həmkarları tərəfindən nəzəri olaraq göstərildiyi kimi, SDM-dən tamamilə qaçan xüsusi bir kvant vəziyyəti hazırlamaqla eksponent olaraq sürətli relaksasiya əldə edilə bilər .

Lakin onların araşdırması bunun kvant sistemlərində nəzəri cəhətdən mümkün olduğunu göstərdi , lakin indiyə qədər heç kim bunun praktikada işlədiyini göstərməmişdi.

Komanda izah etdi: “Kvant sistemində güclü Mpemba effektinin müşahidə edilməsinə imkan verən əsas prinsiplər sistemin ən yavaş çürümə rejiminin həyəcanlanmasını qadağan etmək üçün optimal başlanğıc vəziyyəti hazırlamaqdır.”

“Bu optimal ilkin vəziyyət klassik Mpemba effektindən fundamental fərqi təmsil edən kvant superpozisiya vəziyyəti ola bilər və beləliklə, yaranan dinamik davranış yarı klassik yanaşmalarla tutula bilməz.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1737608448&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-01-classical-quantum-reimagining-mpemba-effect.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMxLjAuNjc3OC4yNjciLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzMS4wLjY3NzguMjY3Il0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMS4wLjY3NzguMjY3Il0sWyJOb3RfQSBCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1737608448072&bpp=1&bdt=301&idt=195&shv=r20250121&mjsv=m202501160401&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1737608128%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1737608128%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1737608128%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=6797067212856&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=2634&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31089904%2C95347432&oid=2&pvsid=3404409704665172&tmod=612237233&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=200

Liouvillian müstəsna nöqtəsi

Bununla belə, bu optimal ilkin vəziyyətin hazırlanması həmişə eksponensial sürətlənməyə səbəb olmayacaqdır. Komanda bu eksponensial sürətlənmənin mümkün olduğu zaman sistemdə kritik bir nöqtəni müəyyən etdi – Liouvillian müstəsna nöqtəsi (LEP).

“LEP kvant güclü Mpemba effekti ilə zəif Mpemba effekti arasındakı sərhəddir, bu o deməkdir ki, biz Mpemba effekti ilə LEP arasında əlaqə qururuq” deyə komanda izah edib.

LEP-də sistemlərin tənəzzül dərəcələri (xüsusi qiymətlər) və yolları (öz rejimləri) vahid yeni sürətə və onunla əlaqəli yola “birləşir”.

LEP-dən əvvəl sistem eksponensial sürətə nail ola bilər, çünki yavaş çürümə yolundan qaçmaq üçün optimal vəziyyət hazırlana bilər. Bununla birlikdə, LEP-də və sonra eksponensial sürətləndirmə mümkün deyil, çünki bütün yollar birləşir və zəif və güclü Mpemba effekti arasında sərhədi qeyd edir.

Komanda öz dəyərlərin və öz modlarının birləşməsini eksperimental olaraq nümayiş etdirən ilk şəxs oldu və onlar bunu tək tələyə salınmış ion sistemindən istifadə edərək etdilər.

Tək ion sistemi

Komandanın eksperimental quruluşu üç enerji səviyyəsinə, əsas vəziyyətə |0⟩ və iki həyəcanlı vəziyyətə |1⟩ və |2⟩ fokuslanan tək tutulmuş Kalsium ( ⁴⁰ Ca ^{+ ) ionundan ibarət idi.}

729 nanometr (nm) lazer, dəqiq idarə olunan Rabi tezlikləri ilə iki tezlik komponentindən istifadə edərək enerji vəziyyətləri arasında ardıcıl çürüməni təmin edir. Lazer və kvant qapısı əməliyyatları sistemin ilkin vəziyyətini hazırlamağa kömək etdi.

Əlavə 854 nm lazer tədqiqatçılara xüsusi istirahət dinamikasını yaratmağa imkan verən tənzimlənən çürümə kanalı yaratdı. Kvant vəziyyətləri arasında populyasiyanın arzuolunmaz sızmasının qarşısını almaq üçün 397 nm optik nasos şüası da təqdim edildi.

Tədqiqatçılar sistemin kvant vəziyyətini ölçmək və rahatlama dinamikasını dəqiq izləmək üçün kvant dövlət tomoqrafiyasından istifadə edərək sistemin bu idarə olunan mühitdə təkamül etməsinə icazə verildi.

Eksperimental yanaşma təkcə kvant sME-nin ilk reallaşdırılmasını və müşahidəsini deyil, həm də LEP-də xüsusi dəyərlərin və öz modlarının birləşməsinin müşahidəsini təmsil edir.

“Biz ilk dəfə olaraq eksperimentdə LEP-nin birləşməsini həm öz dəyərləri, həm də öz modları baxımından aydın şəkildə nümayiş etdiririk. Beləliklə, işimiz Mpemba effekti və qeyri-Hermit fizikası kimi iki aktiv sahə arasında yeni körpü qurur. Yaxın gələcəkdə daha maraqlı fizika aşkar edilə bilər”, – tədqiqatçılar bildirib.

sME-dən kənarda

Mpemba effektinin tədqiqi fundamental fizikadan kənarda maraq doğurdu. Bu halda relaksasiya prosesi olan enerjinin yayılması bütün proseslərin mərkəzidir.

Bu prosesin optimallaşdırılması və ya mühəndisləşdirilməsi kvant texnologiyaları da daxil olmaqla bir çox sahələr üçün mərkəzidir. Tədqiqatçılar izah etdilər: “Əgər kvant sisteminin dissipasiyası xüsusi sabit vəziyyət hazırlamaq üçün qurulubsa, o zaman bu effektdən istirahəti sürətləndirmək üçün istifadə edilə bilər.”

“Kvant hesablamaları kontekstində, tapıntılarımızın kvant vəziyyətinin hazırlanmasının səmərəliliyini artıracağı və kvant sensorlarının ani bant genişliyini artıracağı gözlənilir.”

Daha çox məlumat: Jie Zhang et al, Quantum güclü Mpemba effektinin müşahidəsi, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-024-54303-0 .

Jurnal məlumatı: Nature Communications 

© 2025 Science X Network