Físicos criam um termômetro para medir a ‘quantidade’

A versão original de esta história apareceu em Revista Quanta.

Se existe uma lei da física que parece fácil de compreender, é a segunda lei da termodinâmica: o calor flui espontaneamente dos corpos mais quentes para os mais frios. Mas agora, gentilmente e quase casualmente, Alexssandre de Oliveira Jr. acabou de me mostrar que eu realmente não entendia nada.

Tome esta xícara de café quente e esta jarra de leite fria, disse o físico brasileiro enquanto estávamos sentados em um café em Copenhague. Coloque-os em contato e, com certeza, o calor fluirá do objeto quente para o frio, assim como o cientista alemão Rudolf Clausius declarou formalmente pela primeira vez em 1850. No entanto, em alguns casos, explicou Oliveira, os físicos aprenderam que as leis da mecânica quântica podem conduzir o fluxo de calor no sentido oposto: do frio para o quente.

Isso realmente não significa que a segunda lei falhe, acrescentou ele enquanto seu café esfriava de forma tranquilizadora. Acontece que a expressão de Clausius é o “limite clássico” de uma formulação mais completa exigida pela física quântica.

Os físicos começaram a apreciar a subtileza desta situação há mais de duas décadas e têm explorado a versão mecânica quântica da segunda lei desde então. Agora, de Oliveira, pesquisador de pós-doutorado na Universidade Técnica da Dinamarca, e colegas mostraram que o tipo de “fluxo de calor anômalo” permitido na escala quântica poderia ter um uso conveniente e engenhoso.

Pode servir, dizem eles, como um método fácil para detectar a “quantidade” – sentindo, por exemplo, que um objecto está numa “superposição” quântica de múltiplos estados observáveis ​​possíveis, ou que dois desses objectos estão emaranhados, com estados que são interdependentes – sem destruir esses delicados fenómenos quânticos. Essa ferramenta de diagnóstico poderia ser usada para garantir que um computador quântico esteja realmente usando recursos quânticos para realizar cálculos. Pode até ajudar a sentir os aspectos quânticos da força da gravidade, um dos objetivos ambiciosos da física moderna. Tudo o que é necessário, dizem os pesquisadores, é conectar um sistema quântico a um segundo sistema que possa armazenar informações sobre ele e a um dissipador de calor: um corpo que seja capaz de absorver muita energia. Com esta configuração, você pode aumentar a transferência de calor para o dissipador, excedendo o que seria permitido classicamente. Simplesmente medindo o quão quente está o dissipador, você poderá detectar a presença de superposição ou emaranhamento no sistema quântico.