Cientistas russos encontraram uma maneira de criar um dispositivo quântico que viola a segunda lei da termodinâmica e tem uma eficiência de praticamente 100%, de acordo com um artigo publicado na revista Physics Review A.
“Qualquer motor térmico consiste em um aquecedor, que é, na verdade, uma fonte de energia, e um refrigerador, cuja função é resfriar o fluido de trabalho do motor. O refrigerador diminui a entropia do motor e inevitavelmente desperdiça parte da energia térmica do aquecedor. É por isso que a eficiência de uma máquina térmica nunca chega a 100%”, explica Andrey Lebedev, funcionário da Universidade Técnica de Zurique e MIPT em Dolgoprudny.
Um dos fundamentos da física e da cosmologia modernas é o conceito da chamada seta do tempo - o postulado de que o tempo em nosso Universo se move exclusivamente em uma direção, do passado para o futuro. Em outras palavras, nos movemos através do espaço quadridimensional em apenas uma direção ao longo do eixo do tempo, e é impossível "retroceder" no tempo.
Do ponto de vista da física, isso se manifesta no fato de que, com o tempo, a desordem, o caos do universo, um estado que os cientistas chamam de entropia, cresce continuamente. Por exemplo, este processo se manifesta em como o estado de energia do Universo muda. O princípio, que os cientistas costumam chamar de "a segunda lei da termodinâmica", é considerado uma regra inquebrável que governa a vida de todo o universo em todos os níveis.
Gordey Lesovik e Andrey Lebedev. Foto: MIPT
Há um ano, cientistas do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou sob a liderança de Gordey Lesovik do Instituto de Física Teórica da Academia Russa de Ciências descobriram que a segunda lei da termodinâmica pode ser violada no nível quântico. Isso abriu o caminho para a criação de um análogo quântico do famoso demônio Maxwell - uma criatura hipotética que classifica moléculas rápidas e lentas.
Essa ideia levou os cientistas a pensar que esses "demônios" quânticos podem ser usados para criar uma máquina cuja eficiência será de 100%. Para seu desenvolvimento, os cientistas propõem o uso de dois pares de qubits - módulos computacionais elementares e células de memória de computadores quânticos, interconectados no nível quântico.
Os qubits no motor de Lesovik e seus colegas realizam duas funções - absorvem calor e permitem "teletransportar" o excesso de entropia para fora do sistema, desempenhando o papel do demônio de Maxwell. Isso permite que o dispositivo realmente alcance um estado equivalente a uma máquina de movimento perpétuo do segundo tipo.
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Na verdade, é claro, esse dispositivo não é uma máquina de movimento perpétuo - como explica Lesovik, para seu funcionamento é necessário atualizar constantemente os qubits “demoníacos”, que limpam o sistema de entropia resfriando-os de maneira especial. Por outro lado, isso é feito fora do próprio dispositivo, o que nos permite dizer que formalmente a segunda lei da termodinâmica é violada dentro dele.
Agora Lesovik e seus colegas estão implementando essa ideia na prática, criando uma máquina de movimento perpétuo semelhante baseada em qubits supercondutores - transmons.
