Pesquisadores na China demonstraram calor fluindo do frio para o quente em um sistema quântico, potencialmente exigindo atualizações à segunda lei da termodinâmica. Usando uma molécula como qubits, a equipe manipulou informação quântica para alcançar essa reversão. A descoberta destaca diferenças entre física clássica e quântica.
Em um estudo publicado na Physical Review Letters, Dawei Lu e seus colegas da Southern University of Science and Technology, na China, exploraram a dinâmica do calor no reino quântico. Eles usaram uma molécula de ácido crotônico, empregando os núcleos de quatro átomos de carbono como qubits — as unidades fundamentais dos computadores quânticos. Controlando os estados quânticos desses qubits com radiação eletromagnética, os pesquisadores inverteram a direção típica do fluxo de calor, direcionando-o de um qubit mais frio para um mais quente. Essa inversão contradiz a segunda lei da termodinâmica, que afirma que o calor se move naturalmente de objetos quentes para frios, como visto em cenários cotidianos como uma xícara de café esfriando. No entanto, em sistemas quânticos, tal comportamento é possível por meio da 'coerência', uma forma de informação quântica que atua como fonte de energia. 'Ao injetar e controlar essa informação quântica, podemos inverter a direção do fluxo de calor', explicou Lu. A equipe expressou empolgação com o resultado. As leis da termodinâmica surgiram no século XIX, precedendo a física quântica em cerca de um século. Para reconciliar a observação, os pesquisadores introduziram o conceito de 'temperatura aparente', que incorpora propriedades quânticas como a coerência. Sob essa medida, o calor fluiu de temperaturas aparentes mais altas para mais baixas, restaurando a consistência com a segunda lei. Roberto Serra, da Federal University of ABC no Brasil, comentou que a coerência funciona como um recurso termodinâmico, semelhante ao calor em motores clássicos. Ele observou que a termodinâmica tradicional assume não haver acesso aos estados quânticos microscópicos, levando a uma violação aparente. 'Isso é apenas uma violação aparente porque temos que escrever novas leis considerando que temos esse acesso', disse Serra. Olhando para o futuro, a equipe de Lu visa desenvolver protocolos práticos para gerenciar o calor em qubits. Tais avanços poderiam aprimorar a computação quântica melhorando métodos de resfriamento, abordando um desafio chave no campo onde o excesso de calor limita o desempenho, assim como em computadores convencionais.