發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》的一篇論文探討了一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象，就是一個(gè)量子系統(tǒng)從一個(gè)較高的初始溫度開始冷卻，比從一個(gè)較低的初始溫度開始冷卻更快。這就是所謂的量子姆佩巴效應(yīng)，它是經(jīng)典姆佩巴效應(yīng)的量子版本。

你可能會(huì)問，什么是經(jīng)典姆佩巴效應(yīng)？它是一種在熱力學(xué)中觀察到的反常現(xiàn)象，即熱水比冷水更容易凍結(jié)。這個(gè)現(xiàn)象最早由埃里斯托·姆佩巴在1963年發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)他還是一名坦桑尼亞中學(xué)生。他在制作冰淇淋時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果把熱牛奶放進(jìn)冰箱，它會(huì)比冷牛奶更快地結(jié)冰。這個(gè)現(xiàn)象引起了物理學(xué)家的好奇心，他們?cè)噲D找出其背后的原理。然而，經(jīng)典姆佩巴效應(yīng)并不總是發(fā)生，它受到很多因素的影響，如水的純度、容器的形狀、環(huán)境的溫度等。因此，經(jīng)典姆佩巴效應(yīng)仍然是一個(gè)未解之謎。

那么，量子姆佩巴效應(yīng)又是怎么回事呢？它是指一個(gè)量子系統(tǒng)在與外界接觸時(shí)，從一個(gè)較高的初始溫度開始演化，比從一個(gè)較低的初始溫度開始演化更快地達(dá)到平衡狀態(tài)。這個(gè)現(xiàn)象在2012年被首次提出，并在一些理想化的模型中得到了證明。然而，在實(shí)際的物理系統(tǒng)中，量子姆佩巴效應(yīng)是否存在還不清楚。

這篇論文就嘗試了在一個(gè)更接近實(shí)驗(yàn)的模型中探索量子姆佩巴效應(yīng)。作者考慮了一個(gè)單能級(jí)的量子點(diǎn)與兩個(gè)儲(chǔ)備器相耦合，這個(gè)模型被稱為安德森模型。量子點(diǎn)是一種人工制造的納米結(jié)構(gòu)，它可以限制電子在三個(gè)空間維度上的運(yùn)動(dòng)，從而表現(xiàn)出量子特性。儲(chǔ)備器是一種可以與量子點(diǎn)交換能量和粒子的大系統(tǒng)，例如金屬電極或半導(dǎo)體基底。安德森模型可以用來描述量子點(diǎn)與儲(chǔ)備器之間的輸運(yùn)現(xiàn)象，例如電流、熱流、噪聲等。

作者使用了一個(gè)數(shù)學(xué)工具叫做量子主方程，它可以描述一個(gè)開放的量子系統(tǒng)隨時(shí)間演化的規(guī)律。他們發(fā)現(xiàn)，在一定的條件下，量子點(diǎn)與儲(chǔ)備器之間存在著量子姆佩巴效應(yīng)。也就是說，如果把量子點(diǎn)初始化為一個(gè)較高或較低的溫度，并讓它與兩個(gè)儲(chǔ)備器相互作用，那么從較高溫度開始演化的系統(tǒng)會(huì)比從較低溫度開始演化的系統(tǒng)更快地達(dá)到平衡狀態(tài)，并且兩個(gè)系統(tǒng)在某一時(shí)刻會(huì)交叉溫度。

作者還分析了量子姆佩巴效應(yīng)的物理機(jī)制，發(fā)現(xiàn)它與量子點(diǎn)的密度矩陣元素（有關(guān)，這些元素描述了量子點(diǎn)的狀態(tài)信息。他們指出，量子姆佩巴效應(yīng)是由量子點(diǎn)的非最慢弛豫模式共同作用的結(jié)果，而最慢弛豫模式則不起作用。這與馬爾可夫系統(tǒng)中經(jīng)典姆佩巴效應(yīng)的機(jī)制不同，后者認(rèn)為最慢弛豫模式是起主導(dǎo)作用的。

這篇論文為量子姆佩巴效應(yīng)的理論研究提供了一個(gè)新的視角，也為實(shí)驗(yàn)觀測(cè)量子姆佩巴效應(yīng)提供了一個(gè)可能的平臺(tái)。