Wetenschappers hebben een doorbraak geforceerd in het begrijpen en beheersen van de relaxatieprocessen in open quantumsystemen. Door een nieuwe strategie te implementeren, is het nu mogelijk om het quantum Mpemba-effect (QME) op een veel bredere schaal te realiseren, waardoor de snelheid waarmee een systeem naar een thermisch evenwicht terugkeert nauwkeuriger kan worden gestuurd.
Het klassieke Mpemba-effect is een bekend, maar contra-intuïtief fenomeen waarbij een warmer object sneller kan afkoelen dan een kouder object onder dezelfde omstandigheden. In de quantumwereld is dit proces aanzienlijk complexer. Zoals beschreven door science.org, draait deze paradox om het feit dat systemen die zich initieel verder van het evenwicht bevinden, soms sneller relaxeren dan systemen die al dichter bij dat punt zijn. Tot op heden was de praktische toepassing van dit effect in open quantumsystemen echter beperkt, omdat het meestal slechts optrad bij zeer specifieke begintoestanden.
Om deze beperking te overbruggen, hebben onderzoekers Yaru Liu en Yucheng Wang een methode ontwikkeld die de universaliteit van dit fenomeen vergroot. In hun publicatie arxiv.org leggen zij uit hoe zowel het QME als het tegenovergestelde effect, het anti-QME, op een experimenteel haalbare manier kunnen worden opgewekt. De kern van hun aanpak is het gebruik van een zogenaamde 'bond-dissipation quench'.
Door deze techniek toe te passen, kunnen de onderzoekers selectief ingrijpen op de relaxatiemodi van een systeem. Specifieke modi die normaal gesproken traag verlopen, kunnen hiermee worden onderdrukt of juist versterkt. Volgens de auteurs in de is deze herstructurering van de relaxatiepaden onafhankelijk van het type systeem of de begintoestand van het quantumobject, wat een significante verbetering is ten opzichte van eerdere methoden.
De theoretische modellen van Liu en Wang zijn getoetst in systemen met dissipatie en dephasing aan de randen. Om de theorie naar de praktijk te vertalen, stellen de onderzoekers in hun een kader voor waarin koude atomen (cold-atom implementations) worden gebruikt. Dit maakt de weg vrij voor fysieke experimenten in laboratoria die gespecialiseerd zijn in quantumsimulaties en ultrakoude gassen.
Deze ontdekking heeft potentieel grote gevolgen voor de verdere ontwikkeling van quantumtechnologie. De mogelijkheid om dissipatie controleerbaar in te zetten, kan dienen als een krachtig instrument voor quantumcontrole. Dit kan leiden tot efficiëntere protocollen voor systemen die zich niet in een evenwichtstoestand bevinden en versnelde relaxatieprocessen.
Het onderzoek is breed erkend binnen de vakgebieden van de statistische mechanica, quantumgassen en quantumfysica. Naast de preprint is het werk ook verschenen in Phys. Rev. A 114, L010802 (2026), wat de validiteit van de voorgestelde strategie bevestigt. Door de afhankelijkheid van specifieke begintoestanden te elimineren, biedt dit werk een nieuw fundament voor het begrijpen van de interactie tussen quantumsystemen en hun omgeving, wat essentieel is voor het bouwen van stabielere quantumcomputers en het verfijnen van quantummetingen.