Físicos descobriram um truque quântico para alcançar o zero absoluto: WebCuriosos

O estado de quietude perfeita conhecido como zero absoluto é uma das conquistas impossíveis do Universo. Por mais perto que possamos chegar, as leis da física sempre nos impedirão de atingir o fundo do poço térmico.

Uma equipa internacional de investigadores identificou agora uma nova rota teórica para atingir a marca mítica de zero Kelvin, ou -273,15 graus Celsius (-459,67 graus Fahrenheit). Não, não é mais provável que infrinja nenhuma lei e remova até o último brilho de calor, mas a estrutura poderia inspirar novas maneiras de explorar a matéria em baixas temperaturas.

Como consequência do terceira lei da termodinâmicaa remoção de incrementos de energia térmica de um grupo de partículas para resfriá-las até o zero absoluto sempre levará um número infinito de etapas. Como tal, requer uma quantidade infinita de energia para ser alcançado. Um grande desafio.

A física clássica torna isso relativamente óbvio. Visto no contexto da física quântica, porém, o problema começa a parecer um pouco diferente.

A física quântica descreve as partículas de acordo com uma variedade de possibilidades. Somente depois que uma característica é medida ela adquire um estado concreto e, mesmo assim, outras qualidades da partícula tornam-se um pouco menos certas. Uma partícula no ponto teórico do zero absoluto não teria movimento, o que significa que sua posição seria certa. Os detalhes quânticos relativos à sua posição anterior seriam efetivamente apagados, eliminando informações.

Digitar Princípio de Landauerque afirma que a exclusão de uma informação requer uma quantidade mínima e finita de energia.

Isso significa que, afinal, existe um truque quântico para chegar a zero?

Existem duas soluções para o paradoxo. Uma quantidade infinita de tempo ou energia ainda poderia ser necessária para dar esse salto. Ou – de acordo com a nova pesquisa – exigiria a eliminação de uma quantidade infinita de complexidade.

É esta nova revelação do papel da complexidade que apresenta um novo ângulo para a procura de um caminho para o zero absoluto, mesmo que seja uma solução tão praticamente impossível como as que os cientistas já têm trabalhado.

“Descobrimos que podem ser definidos sistemas quânticos que permitem que o estado fundamental absoluto seja alcançado mesmo com energia finita e em tempo finito – nenhum de nós esperava isso.” diz o físico de partículas Marcus Huber, da Universidade de Tecnologia de Viena, na Áustria.

“Mas estes sistemas quânticos especiais têm outra propriedade importante: são infinitamente complexos.”

O que temos agora é essencialmente uma “versão quântica” da terceira lei da termodinâmica que vai além do que a física clássica nos ensina: uma quantidade infinita de energia, tempo, ou complexidade é necessário para chegar ao zero absoluto.

Os cálculos e modelagens realizados pela equipe mostram também que o apagamento perfeito dos dados e a temperatura mais baixa possível estão intimamente ligados, e ambos aparentemente impossíveis de serem alcançados por nós, meros mortais.

É possível, então, que o aumento da complexidade dos sistemas seja outra forma de chegar mais perto do zero absoluto, ou pelo menos de avançar mais rapidamente.

“Se você deseja apagar perfeitamente informações quânticas em um computador quântico e, no processo, transferir um qubit para um estado fundamental perfeitamente puro, então, teoricamente, você precisaria de um computador quântico infinitamente complexo que pudesse controlar perfeitamente um número infinito de partículas”, disse ele. diz Huber.

Em termos práticos, nenhum sistema informático é perfeito – portanto, a ideia de que uma partícula num computador quântico nunca poderia ter os seus dados (ou estados anteriores) totalmente apagados não deveria ser um obstáculo ao desenvolvimento destas tecnologias.

A mecânica quântica e a temperatura estão intimamente relacionadas – quando nos aproximamos do zero absoluto, estranhos fenómenos quânticos começam a acontecer – e os investigadores dizem que esta é outra área onde as descobertas deste estudo podem ser úteis no futuro.

“É precisamente por isso que é tão importante compreender melhor a ligação entre a teoria quântica e a termodinâmica”, diz Huber. “Há muitos progressos interessantes nesta área neste momento. Aos poucos está se tornando possível ver como essas duas partes importantes da física se entrelaçam.”

A pesquisa foi publicada em PRX Quantum.