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Entropia pode de fato existir no mundo quntico

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Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 13/05/2024

Termodin

Entender a “termodinmica quntica” ir nos ajudar a explorar melhor os fenmenos muito frgeis do reino molecular, atmico e subatmico.
[Imagem: Gerado por IA/DALL-E]

Termodinmica quntica

Em um raro exemplo de uma reviravolta radical em suas prprias concluses, dois fsicos publicaram novos resultados que demonstram que pode sim haver um efeito de entropia incorporado nas “profundezas” da mecnica quntica.

H pouco mais de um ano, Bartosz Regula (Universidade de Tquio) e Ludovico Lami (Universidade de Amsterd) demonstraram que a termodinmica no interfere no fenmeno quntico do entrelaamento, o que significaria que essa correlao de longo alcance, que mantm partculas estranhamente conectadas, seria um fenmeno irreversvel, jogando por terra hipteses de uma “segunda lei do entrelaamento”.

Agora, porm, os mesmos dois fsicos publicaram outro trabalho exatamente com a concluso inversa. E isto no se explica porque aquele primeiro trabalho estivesse errado, mas porque agora eles partiram de outros parmetros e de outra abordagem, “mais universal”, por assim dizer.

O primeiro trabalho analisou sistemas qunticos que sofrem influncia do meio ambiente – sistemas com rudo – de modo determinstico. Agora, a dupla partiu de uma descrio probabilstica, mais genrica.

Usar transformaes probabilsticas do entrelaamento s d resultados confiveis algumas vezes, mas, em troca, essas transformaes mais incertas fornecem um poder maior na converso dos sistemas qunticos. De fato, essa descrio permite estabelecer uma estrutura reversvel para a manipulao do entrelaamento, o que mostra assim um cenrio no qual emerge uma peculiar “entropia do entrelaamento”, e todas as transformaes do entrelaamento so governadas por uma nica quantidade.

Assim, os mtodos usados neste novo estudo podem ser aplicados de forma mais ampla, mostrando propriedades de reversibilidade semelhantes tambm para recursos qunticos mais gerais. E isto poder ajudar a desenvolver uma melhor compreenso do entrelaamento quntico, que um recurso fundamental que sustenta grande parte do poder dos futuros computadores qunticos. Atualmente, pouco se sabe sobre as formas ideais de fazer uso eficaz dele, apesar de ser o foco da pesquisa na cincia da informao quntica h dcadas.

Termodin

Entenda a entropia dos fenmenos qunticos

A segunda lei da termodinmica, que diz que um sistema nunca pode passar para um estado com menor entropia, ou ordem, uma das leis mais fundamentais da natureza e est no cerne da fsica. ela que cria a seta do tempo e nos conta o fato notvel de que a dinmica dos sistemas fsicos em geral, mesmo os extremamente complexos, como gases ou buracos negros, encapsulada por uma nica funo – sua entropia.

Isso tem sido assim desde os primrdios da fsica, conforme avanava nosso conhecimento do que hoje chamamos de sistemas clssicos. Mas ento surgiu uma complicao, conforme comeamos a explorar o mundo quntico, onde a fsica clssica no funciona to bem – quando funciona. Nessa revoluo quntica em andamento, crucial compreender como podemos extrair e transformar os delicados e frgeis fenmenos qunticos, como o entrelaamento e a superposio, que permitem obter vantagens significativas em comunicao, computao e criptografia.

A dificuldade reside no fato de que uma pretensa “segunda lei” para o entrelaamento quntico – uma lei da termodinmica quntica, por assim dizer – exige demonstrar que as transformaes do entrelaamento podem ser reversveis, assim como o trabalho e o calor podem ser interconvertidos na termodinmica. S que todas as tentativas feitas at agora para tentar estabelecer qualquer forma de teoria reversvel do entrelaamento falharam – incluindo o modelo determinstico mostrado pelos mesmos dois pesquisadores no ano passado.

Termodin

Quadro mais geral

Foi a que entrou o mtodo probabilstico usado agora, criando um quadro no qual emergiu a to sonhada reversibilidade do entrelaamento quntico.

“Nosso trabalho serve como a primeira evidncia de que a reversibilidade um fenmeno alcanvel na teoria do emaranhamento. No entanto, formas ainda mais fortes de reversibilidade foram conjecturadas, e h esperana de que o emaranhamento possa se tornar reversvel mesmo sob suposies mais fracas do que as que fizemos em nosso trabalho – nomeadamente, sem ter que confiar em transformaes probabilsticas A questo que responder a estas questes parece significativamente mais difcil, exigindo a soluo de problemas matemticos e de teoria da informao que escaparam a todas as tentativas de os resolver at agora. Portanto, compreender os requisitos precisos para que a reversibilidade seja mantida permanece um problema fascinante ainda em aberto,” concluiu Regula.

Bibliografia:

Artigo: Reversibility of quantum resources through probabilistic protocols
Autores: Bartosz Regula, Ludovico Lami
Revista: Nature Communications
Vol.: 15, Article number: 3096
DOI: 10.1038/s41467-024-47243-2

Artigo: No second law of entanglement manipulation after all
Autores: Ludovico Lami, Bartosz Regula
Revista: Nature Physics
DOI: 10.1038/s41567-022-01873-9

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