Um ovo é quebrado e frito na frigideira. Uma taça de vidro cai no chão e se estilhaça em pedaços. Uma pessoa nasce, cresce e morre. O mundo está cheio de exemplos de processos irreversíveis, efeitos da inexorabilidade da passagem do tempo que o astrofísico Arthur Eddington chamava de “seta do tempo”. A física explica o fato de muitos processos serem praticamente impossíveis de serem desfeitos pela segunda lei da termodinâmica: a tendência universal de uma quantidade denominada de entropia aumentar com o tempo. Quanto mais entropia um processo produz, mais difícil se torna revertê-lo. Embora a termodinâmica clássica consiga quantificar a irreversibilidade dos processos macroscópicos, os físicos ainda estão desenvolvendo uma teoria completa da termodinâmica quântica. Em um artigo publicado em março na revista Nature Quantum Information, físicos brasileiros apresentam um avanço fundamental para se calcular a irreversibilidade de processos na escala de tamanho dos átomos e moléculas.
No artigo, o pós-doutorando Jader dos Santos e o professor Gabriel Landi, do Instituto de Física da USP, junto com os professores Lucas Céleri, da Universidade Federal de Goiás,e Mauro Paternostro, da Queen’s University de Belfast, Reino Unido, mostram como calcular a entropia produzida quando um sistema quântico perde a sua coerência. A coerência é uma propriedade fundamental para as tecnologias de computação quântica. A rapidez e o poder de cálculo superiores de um futuro computador quântico em relação aos computadores clássicos atuais depende da capacidade dessas máquinas de realizarem operações com bits de informação quânticos, os qubits, que podem assumir dois valores, zero e um, ao mesmo tempo. À medida que interagem com o ambiente, porém, os qubits tendem a perder a sua capacidade de se manter nesse estado de sobreposição. Os qubits perdem a sua coerência quântica, assumindo um estado clássico definitivo de zero ou um.
Entender e quantificar esse processo irreversível é fundamental para se construir um computador quântico e entender os limites dessa tecnologia. “Desenvolvemos um formalismo teórico capaz de quantificar a irreversibilidade devida a perda de coerência”, diz Landi.
Artigo Científico
The role of quantum coherence in non-equilibrium entropy production
Jader P. Santos, Lucas C. Céleri, Gabriel T. Landi e Mauro Paternostro
Nature Quantum Information v.5, 23 (2019)
ArXiv:1707.08946
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Igor Zolnerkevic
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