Biomais Katia Queiroz

Físicos querem criar geladeira baseada em partículas quânticas

Somente alguns objetos quânticos podem formar a base de uma máquina de refrigeração autossustentada

por John Matson

Modelo teórico de uma geladeira é formado apenas por duas ou três partículas quânticas Podem chamá-lo de “pequeno congelador”. Um grupo de físicos teóricos propôs a estrutura física para o que poderá vir a ser a menor geladeira que se pode imaginar. Para obter o resfriamento cada aparelho seria formado por apenas um bit quântico, ou qubit, e seriam necessárias somente uma ou duas partículas quânticas adicionais para realizar a tarefa. Os físicos teóricos Noah Linden e Sandu Popescu, juntamente com o aluno de pós-graduação Paul Skrzypczyk, da University of Bristol na Inglaterra, descreveram esse conceito num artigo a ser publicado no Physical Review Letters. Se puder ser implementado, o trabalho poderá ser aplicado no preparo de qubits ─ geralmente átomos simples usados em sistemas de informação quântica ─, desde que inicializados em um estado quântico conhecido. Em princípio, o modelo é simplesmente uma versão em escala reduzida das geladeiras robustas encontradas na cozinha de praticamente todas as casas do mundo, com um motor qubit para controlar o processo de refrigeração e uma bobina qubit de troca de calor para dissipar o calor retirado do interior da geladeira (qubit a ser resfriado) para o ambiente externo. Exatamente como no caso dos bits clássicos em dispositivos eletrônicos de uso diário, cada qubit pode ser 0 ou 1, de acordo com o nível de energia representado por cada qubit. (Graças às peculiaridades fundamentais da mecânica quântica, um qubit também pode estar num estado de superposição, existindo simultaneamente como 0 e 1.) Cada qubit requer uma certa quantidade de energia ─ conhecida como espaçamento entre os níveis de energia ─ para passar de 0 para 1. (Um conceito de geladeira ainda menor concentra o motor e a bobina em uma única partícula com três níveis de energia, conhecidos como qutrit). Na descrição teórica do grupo de Bristol, crucialmente o espaçamento do nível de energia do qubit a ser resfriado e do qubit do motor da geladeira se juntam para criar exatamente o espaçamento do nível de energia da “bobina de troca de calor” da geladeira. Em outras palavras, para excitar (aquecer) o motor e o interior da geladeira é necessária exatamente a mesma energia que para excitar somente a bobina. Devido a essa condição, os dois estados ─ bobina ou motor e interior excitados ─ podem se alternar facilmente, tornando um cenário tão provável quanto o outro, mantendo-se todo o restante igual. Mas o que acontece se o restante não for igual? Colocar cada um dos qubits em seu próprio ambiente térmico, cada um a uma temperatura diferente, desequilibra o sistema. “Pode ocorrer uma transição para um lado ou para outro, mas pode-se impor um viés à transição, colocando os qubits em diferentes temperaturas”, comenta Popescu. Colocar o qubit do motor num ambiente quente aumenta a probabilidade de que esse qubit permaneça no seu estado excitado. Isso aumenta a probabilidade de que todo o sistema atinja o estado com o motor e o interior da geladeira excitados, que o estado somente com a bobina excitada.