Un team di ricercatori del National Institute of Informatics (NII) di Tokyo e NTT Basic Research Laboratories (BRL, Nippon Telegraph e Telephone Corporation) in Giappone hanno pubblicato una spiegazione di come i sistemi quantistici possono essere in grado di riscaldarsi raffreddandosi. Il loro articolo è apparso di recente in Lettere di revisione fisica .

"Riscaldare raffreddando suona piuttosto controintuitivo, ma se il sistema ha simmetrie, il decadimento potrebbe significare molte cose, "dice Kae Nemoto, un professore nella Divisione di ricerca sui principi dell'informatica presso la NII, che fa parte dell'Organizzazione di ricerca dell'informazione e dei sistemi dell'Istituto di ricerca interuniversitario (ROIS).

Nemoto e il suo team hanno esaminato un sistema a doppio sottodominio accoppiato a un unico serbatoio a temperatura costante. Ogni sottodominio conteneva più spin, una forma di momento angolare trasportato da particelle elementari come elettroni e nuclei. I ricercatori hanno considerato la situazione in cui gli spin all'interno di ciascun sottodominio sono allineati l'uno rispetto all'altro, ma i sottodomini stessi sono allineati in modo opposto (ad esempio tutti in alto in uno e tutti in basso nel secondo). Questo crea una certa simmetria nel sistema.

Col passare del tempo, i componenti del sottodominio decadono in un processo chiamato rilassamento.

"Generalmente, ci aspettiamo che entrambi i domini decadano alla temperatura del giacimento; però, quando i due domini accoppiati con un serbatoio mantengono una certa simmetria, il processo di decadimento può apparentemente riscaldare il dominio più piccolo, anche oltre il limite di alta temperatura, " disse Nemoto.

I ricercatori possono controllare i domini in una certa misura, mentre il serbatoio è in realtà molto più grande, entità sconosciuta che può essere caratterizzata da parametri macroscopici come la temperatura. Usano questo sistema per prevedere nuove dinamiche ed esplorare i molteplici livelli di termalizzazione, come il decadimento in un sottodominio che eccita i componenti di un altro sottodominio.

"I processi di raffreddamento possono ora riscaldare un sottosistema, " disse Nemoto. "Il nostro caso è matematicamente piuttosto semplice, ma indica la ricca dinamica causata dai processi dissipativi quantistici."

Poiché non tutti i sistemi hanno simmetria, Nemoto e il suo team vorrebbero esaminare ulteriormente le complesse interazioni tra i sottodomini e il serbatoio. "Indagheremo di più su queste dinamiche di decadimento controintuitive e mostreremo quando e come esattamente possiamo vedere queste dinamiche, "Nemoto disse, notando che questi effetti potrebbero essere usati per progettare e controllare sistemi quantistici.