加热后反而加速冷却，发现量子系统也存在反直觉彭巴效应
加热后反而加速冷却，发现量子系统也存在反直觉彭巴效应
彭巴效应是一种违反直觉的物理现象，即热水比冷水更快结冰。最近，科学家们发现这种效应不仅存在于经典热力学中，在量子系统中也同样存在。这一发现可能为量子系统的冷却技术带来革命性的突破。
彭巴效应（Mpemba effect）最早可追溯至古希腊时代，亚里斯多德曾描述过“先前被加热过的水，有助更快结冰”。这一违反直觉的现象引发了科学家和哲学家长达2000年的争论。直到2020年，加拿大物理学家Avinash Kumar和John Bechhoefer利用1.5微米的小玻璃珠代替水分子，观察到热玻璃珠在特定情况下比冷玻璃珠更快凝结，其中一次热玻璃珠在2毫秒内凝结，比冷玻璃珠快上10倍。
现在，都柏林圣三一学院教授John Goold领导的团队证明这种奇怪效应比预期还要普遍，它不只出现于经典热力学，甚至在微观量子尺度上更加明显。通过非平衡量子热力学工具，研究人员找到了在量子系统产生彭巴效应的方法。这种方法能有效“加热”量子系统进行物理变换，值得注意的是这种转变利用量子动力学独特特征，能以指数方式更快“松弛”或“冷却”。
这项发现对量子技术具有深远影响力，尤其是对量子计算机、其他先进技术发展至关重要的量子冷却系统，彭巴效应能作为一种加速冷却新方法，从而提高量子设备效率。团队正在开发一种几何方法，希望于同一数学框架内理解不同类型的彭巴效应，期盼未来能在计算、能源等领域产生实际应用。
除了都柏林圣三一学院团队，之前也有其他科学家投入研究量子彭巴效应，包括以色列魏兹曼科学研究所Shahaf Aharony Shapira团队，他们发现当离子自旋在较低温度下开始，会更快与环境达到热平衡，类似反量子彭巴效应；奥地利科学院Lata Joshi团队通过实验研究一个封闭量子系统，发现当离子最初远离对称态，它们的自旋会更快恢复对称性，类似一种量子彭巴效应。
这项重要研究成果已发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。
本文原文来自163.com