Físicos descobrem um truque quântico para alcançar o zero absoluto

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Físicos descobrem um truque quântico para alcançar o zero
absoluto
 (Erik
Von Weber/The Image Bank/Getty Images) (em inglês)
O estado de perfeita quietude conhecido como zero absoluto é uma das conquistas impossíveis do
Universo. O mais próximo possível, as leis da física sempre nos impedirão de atingir o fundo térmico do
fundo do poço.
Uma equipe internacional de pesquisadores identificou agora uma nova rota teórica para alcançar a
marca mítica de zero Kelvin, ou -273,15 graus Celsius (-459,67 graus Fahrenheit). Não, não é mais
provável que quebre nenhuma lei e remova cada brilho de calor, mas a estrutura pode inspirar novas
maneiras de explorar a matéria a baixas temperaturas.
Como consequência da terceira lei da termodinâmica, a remoção de incrementos de energia térmica de
um grupo de partículas para resfriá-las a zero absolutos sempre tomará um número infinito de passos.
Como tal, requer uma quantidade infinita de energia para alcançar. É um grande desafio.
A física clássica torna isso relativamente óbvio. Visto no contexto da física quântica, no entanto, o
problema começa a parecer um pouco diferente.
A física quântica descreve partículas de acordo com uma disseminação de possibilidades. Somente uma
vez que uma característica é medida, ela tem um estado concreto, e mesmo assim, outras qualidades da
partícula se tornam 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 sobre sua posição
anterior seriam efetivamente apagados, excluindo informações.
Digite o princípio de Landauer, que afirma que a exclusão de um pedaço de informação requer uma
quantidade mínima e finita de energia.
Isso significa que há um truque quântico para cair para zero, afinal?
https://en.wikipedia.org/wiki/Absolute_zero
https://en.wikipedia.org/wiki/Third_law_of_thermodynamics
https://en.wikipedia.org/wiki/Landauer%27s_principle
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Existem duas soluções para o paradoxo. Uma quantidade infinita de tempo ou energia ainda pode ser
necessária para dar esse salto. Ou – de acordo com a nova pesquisa – exigiria a exclusão de uma
quantidade infinita de complexidade.
É essa nova revelação do papel da complexidade que apresenta um novo ângulo para a busca de um
caminho para o zero absoluto, mesmo que seja tão praticamente impossível quanto uma solução com as
que os cientistas já trabalharam.
“Descobrimos que os sistemas quânticos podem ser definidos que permitem que o estado terrestre
absoluto seja alcançado mesmo em 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 esses sistemas quânticos especiais têm outra propriedade importante: eles 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
necessária para chegar ao zero absoluto.
Os cálculos e a modelagem realizados pela equipe também mostram que o apagamento perfeito dos
dados e a temperatura mais baixa possível estão intimamente ligados, e ambos aparentemente
impossíveis de alcançar por nós, meros mortais.
É possível, então, que aumentar a complexidade nos sistemas seja outra maneira de se aproximar do
zero absoluto, ou pelo menos proceder mais rapidamente.
“Se você quiser apagar perfeitamente a informação quântica em um computador quântico, e no processo
transferir um qubit para um estado de solo perfeitamente puro, então, teoricamente, você precisaria de
um computador quântico infinitamente complexo que possa controlar perfeitamente um número infinito
de partículas”, diz Huber.
Em termos práticos, nenhum sistema de computador é perfeito – então a ideia de que uma partícula em
um computador quântico nunca poderia ser totalmente limpa de seus dados (ou estados anteriores) não
deveria ser um obstáculo no desenvolvimento dessas tecnologias.
A mecânica quântica e a temperatura estão intimamente relacionadas – quando chegamos perto do zero
absoluto, fenômenos quânticos estranhos começam a acontecer – e os pesquisadores dizem que esta é
outra área onde as descobertas deste estudo podem ser úteis no futuro.
“É precisamente por isso que é tão importante entender melhor a conexão entre a teoria quântica e a
termodinâmica”, diz Huber. “Há muitos progressos interessantes nesta área no momento. Está
lentamente se tornando possível ver como essas duas partes importantes da física se entrelaçam.
A pesquisa foi publicada na PRX Quantum.
https://www.tuwien.at/en/tu-wien/news/news/der-absolute-nullpunkt-im-quantencomputer
https://www.sciencealert.com/thermodynamics
https://www.sciencealert.com/quantum-computers
https://www.tuwien.at/en/tu-wien/news/news/der-absolute-nullpunkt-im-quantencomputer
https://www.sciencealert.com/scientists-shattered-record-for-coldest-temperature-ever-recorded-in-a-lab
https://www.tuwien.at/en/tu-wien/news/news/der-absolute-nullpunkt-im-quantencomputer
https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.4.010332