A entropia – o processo irreversível de aumento de desordem num sistema – é um conceito muito conhecido na termodinâmica. Mas até hoje tem sido desafiador trabalhar com ele na escala quântica, pois a teoria clássica só dá conta de descrever as flutuações de um sistema em termos estatísticos, sem apresentar nenhuma informação sobre as flutuações e incertezas quânticas.
Tentando avançar sobre esse problema, um trio de pesquisadores, dois dos quais do Brasil, propõe agora uma teoria de produção irreversível de entropia que é adequada para sistemas quânticos expostos a reservatórios fora de equilíbrio.
“Na termodinâmica tradicional, o conceito fundamental por trás da irreversibilidade são as flutuações térmicas de um sistema. No entanto, sabemos que, mesmo à temperatura zero, ainda restam flutuações no sistema, mas cujo caráter é eminentemente quântico. Isso fornece uma contribuição adicional para a irreversibilidade do processo”, explica Jader Pereira do Santos, pós-doutor na Universidade Federal do ABC (UFABC), em Santo André (SP), e primeiro autor do estudo, publicado em 1o de junho no “Physical Review Letters”.
“Para sistemas macroscópicos, essa contribuição quântica é em geral desprezível frente às flutuações térmicas. No entanto, para sistemas microscópicos, a irreversibilidade quântica pode ser dominante”, prossegue.
Mais do que oferecer uma compreensão da entropia na escala quântica, Santos destaca que o trabalho pode ter importantes implicações tecnológicas. “Os avanços tecnológicos da próxima geração deverão fazer uso intenso das propriedades quânticas da matéria. Isso inclui áreas como computação e comunicação quântica. Por essa razão, torna-se necessário ser possível caracterizar a irreversibilidade de processos onde as flutuações quânticas têm um papel dominante. Isso permitirá estimar a eficiência e as perdas envolvidas nessas tecnologias.”
O trabalho foi feito em parceria com Gabriel T. Landi, do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP), em São Paulo, e Mauro Paternostro, da Queen’s University Belfast, no Reino Unido.
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