O artigo “The role of quantum coherence in non-equilibrium entropy production”, de autoria dos pesquisadores brasileiros Jader P. Santos (Instituto de Física da USP), Lucas C. Céleri (UFG), Gabriel T. Landi (Instituto de Física da USP) e Mauro Paternostro (Queen’s University Belfast, da Irlanda do Norte), foi publicado neste mês na revista Nature Quantum Information. Esta revista teve fator de impacto de 9.206 em 2017 de acordo com o Journal Citation Reports.
Resumo do artigo:
Irreversibilidade está entre os conceitos mais debatidos da física no último século. As leis fundamentais da natureza, como as leis de Newton ou a equação de Schrödinger, são manifestamente reversíveis. No entanto, os fenômenos que emergem dela podem não ser. Efeitos irreversíveis impactam diretamente a eficiência de máquinas térmicas e outros dispositivos. Quantificá-los é, portanto, essencial não apenas do ponto de vista fundamental, mas também aplicado.
Recentemente tem havido um grande esforço da comunidade em desenvolver dispositivos termodinâmicos que fazem uso de sistemas quânticos coerentes. Neste caso, propriedades como o princípio da superposição ou o emaranhamento, poderiam ser utilizadas como recursos para aumentar a eficiência destes dispositivos. Estes recursos, no entanto, são facilmente degradados pelo contato com o ambiente, um processo eminentemente irreversível. A teoria matemática necessária para quantificar a irreversibilidade associada à perda de tais recursos quânticos ainda está incompleta.
Neste trabalho os autores contribuem neste aspecto, desenvolvendo um formalismo que permite separar a contribuição de efeitos clássicos e quânticos para a irreversibilidade de processos termodinâmicos. O trabalho é baseado em ferramentas de sistemas quânticos abertos, combinadas com o formalismo de teorias de recursos em informação quântica.
Em particular, o foco foi em quantificar o grau de irreversibilidade relacionado à perda de coerências quânticas quando um sistema interage com o ambiente. Os autores mostraram que há uma separação clara entre um termo clássico, relacionado com a troca de calor entre o sistema e o ambiente, e um termo genuinamente quântico, relacionado ao processo de decoerência. Além disso, utilizando o formalismo de trajetórias quânticas, os autores mostraram que a irreversibilidade devido à decoerência está ultimamente relacionada com um dos conceitos mais básicos da mecânica quântica: a noção de que estados quânticos não são em geral ortogonais entre si. Esta pesquisa contribui, dessa forma, para um esforço crescente da comunidade em identificar quais efeitos quânticos podem resultar em uma quantum advantage no contexto da termodinâmica.
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Assessoria de Comunicação – IFSC/USP
