O estado de perfeita quietude conhecido como zero absoluto é uma das realizações impossíveis do Universo.
Com informações de Science Alert.
Tanto quanto podemos chegar, as leis da física sempre nos impedirão de atingir o fundo do poço térmico, o zero absoluto.
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 até a última centelha de calor, mas a estrutura pode inspirar novas maneiras de explorar a matéria em baixas temperaturas.
Como consequência da terceira lei da termodinâmica, a remoção de incrementos de energia térmica de um grupo de partículas para resfriá-las até o zero absoluto sempre levará um número infinito de etapas. Como tal, requer uma quantidade infinita de energia para ser alcançado. Um belo 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 as partículas de acordo com uma variedade de possibilidades. Apenas quando uma característica é medida ela tem um estado concreto e, mesmo assim, outras qualidades da partícula tornam-se 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 relativos à sua posição anterior seriam efetivamente apagados, excluindo as informações.
Acrescente o princípio de Landauer, que afirma que a exclusão de uma informação requer uma quantidade mínima e finita de energia.
Isso significa que existe um truque quântico para chegar a zero, afinal?
Há 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 praticamente impossível como solução como as que os cientistas já vêm trabalhando.
“Descobrimos que podem ser definidos sistemas quânticos que permitem que o estado fundamental absoluto seja alcançado mesmo com 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: 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 modelagens realizados pela equipe também mostram que o apagamento perfeito dos dados e a menor temperatura possível estão intimamente ligados, e ambos aparentemente impossíveis de serem alcançados por nós, meros mortais.
É possível, então, que aumentar a complexidade dos sistemas seja outra forma de chegar mais perto do zero absoluto, ou pelo menos proceder mais rapidamente.
“Se você deseja apagar perfeitamente as informações quânticas em um computador quântico e, no processo, transferir um qubit para um estado fundamental perfeitamente puro, então, teoricamente, você precisaria de um computador quântico infinitamente complexo que pudesse controlar perfeitamente um número infinito de partículas”, diz Huber.
Em termos práticos, nenhum sistema de computador é perfeito – portanto, a ideia de que uma partícula em um computador quântico nunca poderia ser totalmente apagada de seus dados (ou estados anteriores) não deve ser um obstáculo no desenvolvimento dessas tecnologias.
A mecânica quântica e a temperatura estão intimamente relacionadas – quando nos aproximamos do zero absoluto, estranhos fenômenos quânticos começam a acontecer – e os pesquisadores dizem que esta é outra área em que as descobertas deste estudo podem ser úteis no futuro.
“É exatamente por isso que é tão importante entender melhor a conexão entre a teoria quântica e a termodinâmica”, diz Huber. “Há muito progresso interessante 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.
