論文の概要: Theory of Quantum Imaginary-Time Mpemba Effect

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.17412v1
• Date: Sun, 19 Apr 2026 12:37:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-28 13:30:43.610519
• Title: Theory of Quantum Imaginary-Time Mpemba Effect
• Title（参考訳）: 量子イマジナリー時間ムペンバ効果の理論
• Authors: Yumeng Zeng, Jeongrak Son, Mile Gu, Xiao Yuan,
• Abstract要約: ムペンバ効果(英語: Mpemba effect)は、基底状態から遠く離れた状態が初期に近い状態よりも速く緩和する反直感現象である。 有限時間Mpemba効果に対する厳密な十分条件を導入し、所定の近接しきい値に達する前に交差を確実にする。 本研究は,QITEの初期状態を特定するための基準を提供し,量子状態準備の速度限界について深い洞察を与える。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.48918642999263856
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum imaginary-time evolution (QITE) is a fundamental framework for preparing ground and thermal states, yet its computational cost scales significantly with the evolution duration $τ$. Reducing this duration is critical for practical quantum advantage. Here, we establish a unified theoretical framework for the Mpemba effect in QITE -- a counterintuitive phenomenon where a state initially farther from the ground state relaxes to it faster than one initially closer. We derive a remarkably simple necessary and sufficient condition for the occurrence of this effect, showing it is uniquely determined by the population ratios of excited states to the ground state. For practical state preparation, we introduce a rigorous sufficient condition for the finite-time Mpemba effect, ensuring the crossing occurs before reaching a prescribed proximity threshold. Furthermore, we unveil unique dynamical features, including a multiple-crossing phenomenon in multi-level systems and simultaneous intersections for collinear initial states. Our results provide criteria for identifying favorable initial states in QITE and offer deep insights into the speed limit of quantum state preparation.
• Abstract（参考訳）: 量子想像時間進化(Quantum imaginary-time evolution, QITE)は、基底状態と熱状態を作成するための基本的なフレームワークであるが、その計算コストは、進化期間がτ$で大幅にスケールする。 この期間の短縮は、実用的な量子的優位性にとって重要である。 ここでは,QITE における Mpemba 効果の統一的理論的枠組みを確立する。これは,基底状態から遠い状態が初期に近い状態よりも早く緩和する反直観的現象である。 この効果は, 励起状態と基底状態との集団比によって一意に決定されることを示すために, 極めて単純かつ十分な条件を導出する。 本研究では, 有限時間Mpemba効果に対する厳密な十分条件を導入し, 所定の近接しきい値に達する前に交叉の発生を確実にする。 さらに,マルチレベルシステムにおける多重交叉現象やコリニア初期状態の同時交叉など,ユニークな動的特徴を明らかにした。 本研究は,QITEの初期状態を特定するための基準を提供し,量子状態準備の速度限界について深い洞察を与える。

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