Un equipo de investigadores del Instituto Nacional de Informática (NII) en Tokio y NTT Basic Research Laboratories (BRL, Nippon Telegraph and Telephone Corporation) en Japón han publicado una explicación de cómo los sistemas cuánticos pueden calentarse al enfriarse. Su artículo apareció recientemente en Cartas de revisión física .

"Calentar por enfriamiento suena bastante contradictorio, pero si el sistema tiene simetrías, la decadencia podría significar muchas cosas, "dice Kae Nemoto, profesor de la División de Investigación de Principios de Informática del NII, que forma parte de la Organización de Investigación de Sistemas e Información de la Corporación del Instituto de Investigación Interuniversitaria (ROIS).

Nemoto y su equipo examinaron un sistema de doble subdominio acoplado a un solo depósito de temperatura constante. Cada subdominio contenía múltiples espines, una forma de momento angular transportado por partículas elementales como electrones y núcleos. Los investigadores consideraron la situación en la que los espines dentro de cada subdominio están alineados entre sí, pero los subdominios mismos están alineados de manera opuesta (por ejemplo, todos hacia arriba en uno y todos hacia abajo en el segundo). Esto crea una cierta simetría en el sistema.

A medida que pasa el tiempo, los componentes del subdominio decaen en un proceso llamado relajación.

"Generalmente, esperamos que ambos dominios decaigan a la temperatura del yacimiento; sin embargo, cuando los dos dominios acoplados con un reservorio mantienen una cierta simetría, el proceso de desintegración aparentemente puede calentar el dominio más pequeño, incluso más allá del límite de temperatura alta, "Dijo Nemoto.

Los investigadores pueden controlar los dominios hasta cierto punto, mientras que el depósito es mucho más grande, entidad desconocida que se puede caracterizar por parámetros macroscópicos como la temperatura. Utilizan este sistema para predecir nuevas dinámicas y explorar los múltiples niveles de termalización, como el decaimiento en un subdominio excitando los componentes de otro subdominio.

"Los procesos de enfriamiento ahora pueden calentar un subsistema, "Dijo Nemoto." Nuestro caso es matemáticamente bastante simple, pero indica la rica dinámica causada por los procesos de disipación cuántica ".

Dado que no todos los sistemas tienen simetría, Nemoto y su equipo quisieran examinar más a fondo las complejas interacciones entre los subdominios y el yacimiento. "Investigaremos más de estas dinámicas de desintegración contraintuitivas y mostraremos cuándo y cómo exactamente podemos ver estas dinámicas, "Nemoto dijo, señalando que estos efectos podrían usarse para diseñar y controlar sistemas cuánticos.