Une équipe de chercheurs du National Institute of Informatics (NII) de Tokyo et des NTT Basic Research Laboratories (BRL, Nippon Telegraph and Telephone Corporation) au Japon ont publié une explication sur la façon dont les systèmes quantiques peuvent se réchauffer en se refroidissant. Leur article est paru récemment dans Lettres d'examen physique .

« Chauffer par refroidissement semble plutôt contre-intuitif, mais si le système a des symétries, la pourriture peut signifier beaucoup de choses, " dit Kae Nemoto, professeur à la division de recherche sur les principes de l'informatique du NII, qui fait partie de l'Organisation de recherche sur l'information et les systèmes de l'Institut de recherche interuniversitaire (ROIS).

Nemoto et son équipe ont examiné un système à double sous-domaine couplé à un seul réservoir à température constante. Chaque sous-domaine contenait plusieurs spins, une forme de moment angulaire porté par des particules élémentaires telles que des électrons et des noyaux. Les chercheurs ont considéré la situation dans laquelle les spins au sein de chaque sous-domaine sont alignés les uns par rapport aux autres, mais les sous-domaines eux-mêmes sont alignés de manière opposée (par exemple tout en haut dans un et tout en bas dans le second). Cela crée une certaine symétrie dans le système.

Au fur et à mesure que le temps passe, les composants du sous-domaine se désintègrent dans un processus appelé relaxation.

"D'habitude, nous nous attendons à ce que les deux domaines se désintègrent à la température du réservoir ; cependant, lorsque les deux domaines couplés à un réservoir conservent une certaine symétrie, le processus de désintégration peut apparemment chauffer le plus petit domaine, même au-delà de la limite de température élevée, " dit Nemoto.

Les chercheurs peuvent contrôler les domaines dans une certaine mesure, alors que le réservoir est en fait beaucoup plus grand, entité inconnue qui peut être caractérisée par des paramètres macroscopiques tels que la température. Ils utilisent ce système pour prédire de nouvelles dynamiques et explorer les multiples niveaux de thermalisation, comme la décroissance dans un sous-domaine excitant les composants d'un autre sous-domaine.

« Les processus de refroidissement peuvent désormais chauffer un sous-système, " dit Nemoto. "Notre cas est mathématiquement assez simple, mais cela indique la riche dynamique causée par les processus de dissipation quantique. »

Comme tous les systèmes n'ont pas de symétrie, Nemoto et son équipe aimeraient approfondir les interactions complexes entre les sous-domaines et le réservoir. "Nous étudierons davantage ces dynamiques de désintégration contre-intuitives et montrerons quand et comment nous pouvons exactement voir ces dynamiques, " Nemoto a dit, notant que ces effets pourraient être utilisés pour concevoir et contrôler des systèmes quantiques.