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informações da Phys.org - 13/10/2017
Nessa
arquitetura de duplo poço quântico, o poço da esquerda fica estático, enquanto
o da direita oscila, permitindo a geração de trabalho. [Imagem: APS Sachtleben
et al.- 10.1103/PhysRevLett.119.090601]
Os
motores quânticos ainda parecem estranhos e fora de escala - eles são
minúsculos - mas esse quadro pode mudar rapidamente, não apenas ajudando a
entender melhor o funcionamento dos processos naturais, como também abrindo
possibilidades de aplicações tecnológicas.
Um
trio de físicos da Universidade Federal de Santa Catarina acaba de demonstrar
que os mesmos circuitos supercondutores que estão na base de uma das abordagens
mais promissoras para a construção dos computadores quânticos podem ser usados
como motores quânticos - equivalentes microscópicos dos motores de automóvel.
Kewin
Sachtleben, Kahio Mazon e Luis Rego mostraram que os qubits supercondutores são
funcionalmente equivalentes a sistemas nos quais partículas quânticas tunelam
através de depósitos especiais, conhecidos como poços quânticos.
Os
poços quânticos têm a capacidade de oscilar, o que significa que sua largura
muda repetidamente. Quando isso acontece, o sistema se comporta como o pistão do
motor de um automóvel, que se move para cima e para baixo no interior de um
cilindro. E esse comportamento oscilatório permite que seja realizado trabalho
no sistema.
Os
físicos demonstraram, contudo, que, no poço quântico duplo, entre os quais as
partículas tunelam, parte desse trabalho vem de dinâmicas quânticas coerentes,
o que cria um atrito que diminui a produção do trabalho - o que é diferente do
motor quântico capaz de gerar trabalho sem produzir nenhum atrito.
Estes
resultados proporcionam uma melhor compreensão da conexão entre o trabalho
termodinâmico quântico e o trabalho termodinâmico clássico.
“A distinção entre o
trabalho termodinâmico 'clássico', responsável pela transferência de população,
e um componente quântico, responsável pela criação de coerências, é um
resultado importante,” disse Mazon em entrevista à Phys.org. “A criação de
coerências, por sua vez, gera um efeito similar ao atrito, causando uma
operação não completamente reversível do motor. Em nosso trabalho conseguimos
calcular a força de reação causada sobre a parede do pistão quântico devido à
criação de coerências. Em princípio essa força pode ser medida, abrindo a
possibilidade experimental de observar o surgimento de coerências durante a
operação do motor quântico.”
O menor motor do mundo é um
motor quântico feito com um único átomo de cálcio. [Imagem: Johannes Robnagel]
Um
dos possíveis benefícios de encarar os qubits supercondutores como motores
quânticos é que isso pode permitir incorporar dinâmicas quânticas coerentes em
futuras tecnologias, particularmente nos computadores quânticos. Os físicos
explicam em seu artigo que um comportamento semelhante pode ser visto na
natureza, onde as coerências quânticas melhoram a eficiência de processos como
a fotossíntese, a detecção de luz e outros processos naturais.
“As máquinas quânticas podem ter aplicações no campo da
informação quântica, onde a energia das coerências quânticas é usada para
realizar a manipulação da informação,” disse Mazon. “Vale lembrar que
mesmo a fotossíntese pode ser descrita de acordo com os princípios de
funcionamento de uma máquina quântica, de modo que desvendar os mistérios da
termodinâmica quântica pode nos ajudar a entender e interpretar melhor os
diferentes processos naturais”.
Bibliografia:
Superconducting Qubits as Mechanical Quantum Engines. Kewin
Sachtleben, Kahio T. Mazon, Luis G. C. Rego. Physical Review Letters, Vol.:
119, 090601. DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.090601
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