論文の概要: Quantum Mpemba effect from initial system-reservoir entanglement
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.21758v1
- Date: Wed, 30 Apr 2025 15:58:17 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-09 17:56:10.841159
- Title: Quantum Mpemba effect from initial system-reservoir entanglement
- Title（参考訳）: 初期系-貯留層絡みによる量子Mpemba効果
- Authors: Stefano Longhi,
- Abstract要約: Mpemba効果は、高温のシステムが冷たいものよりも速く冷却されるもので、古典的な熱力学と量子力学の両方に興味を抱いている。
最近の研究は、いくつかの量子系における異常緩和とMpembaのような効果を探求している。
本稿では,初期システムバスの絡み合いから生じる強いMpemba効果と異なる種類の量子Mpemba効果を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The Mpemba effect -- where hot systems cool faster than colder ones -- has intrigued both classical and quantum thermodynamics. As compared to classical systems, quantum systems add complexity due to quantum correlations. Recent works have explored anomalous relaxation and Mpemba-like effects in several quantum systems, considering isolated systems at zero temperature or open systems in contact with reservoirs under Markovian or non-Markovian dynamics. However, these models typically assume an initial unentangled system-bath state, overlooking the role of initial system-environment correlations. Here we propose a type of quantum Mpemba effect, distinct from the strong Mpemba effect, originating from initial system-bath entanglement solely. It is shown that the degree of initial entanglement significantly influences the early relaxation dynamics, with certain conditions causing backflow and retarded thermalization. As an example, we investigate the spontaneous emission of a two-level atom in a photonic waveguide at zero temperature, where an initial atom-photon entangled state results in delayed relaxation and pronounced Mpemba effect. These findings highlight the crucial role of quantum correlations in thermalization processes and open new avenues for identifying and engineering quantum Mpemba phenomena. Controlling relaxation dynamics through system-environment entanglement may have potential applications in quantum thermal machines, state initialization protocols, and quantum information processing, where precise control over thermalization is essential.
- Abstract（参考訳）: Mpemba効果は、高温のシステムが冷たいものよりも速く冷却されるもので、古典的な熱力学と量子力学の両方に興味を抱いている。
古典システムと比較すると、量子系は量子相関によって複雑さを増す。
近年の研究では、マルコフ力学や非マルコフ力学の下での貯水池と接触する無温度または開系の孤立系を考慮し、いくつかの量子系における異常緩和とMpemba様の効果を探求している。
しかしながら、これらのモデルは通常、初期のシステム-環境相関の役割を見越して、非絡み合いのシステム-バス状態を想定している。
ここでは,初期システムバスの絡み合いから生じる強いMpemba効果とは別の,量子的Mpemba効果の一種を提案する。
初期絡み合いの程度が早期緩和動態に大きく影響し, 特定の条件が逆流や再熱化を引き起こすことが示唆された。
例として,光導波路中の2レベル原子の0温度での自然放出について検討し,初期原子-光子絡み状態が緩和し,Mpemba効果が顕著になることを示した。
これらの知見は、熱化過程における量子相関の重要な役割と、量子Mpemba現象の同定と工学のための新しい道を開くことを強調する。
システム環境の絡み合いによる緩和ダイナミクスの制御は、量子熱機械、状態初期化プロトコル、量子情報処理に潜在的な応用をもたらす可能性がある。
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