Por Por Paula Borges Monteiro – Grupo de Estudos em Tópicos de Física -IFSC
Vivemos um momento no qual os carros elétricos fazem parte da paisagem urbana. Os motores elétricos, que permitiram a transformação de forma geral no modo de vida das pessoas, surgiram ainda no século XIX, mostrando o quão longa pode ser a caminhada da ciência. O blog “Cientistas Descobriram que…” traz hoje a pesquisa de 10 cientistas chineses, publicada na Physical Review Letters, revista científica da American Physical Society, no dia 30 de abril de 2024. O trabalho, intitulado “Dispositivo de conversão de energia usando um motor quântico com dois átomos emaranhados como meio de trabalho” (Energy-Conversion Device Using a Quantum Engine with the Work Medium of Two-Atom Entanglement), sugere uma nova possibilidade de utilização da energia em nossos meios de transporte. Seria o início de uma futura era de carros quânticos?
O emaranhamento quântico já foi assunto do blog em 2015 (acesse o texto aqui), um fenômeno abordado em diversas pesquisas no mundo inteiro, que permite tornar a computação mais rápida, aumenta o processamento de informações e torna a comunicação segura. Para entendermos as novidades do estudo chinês, primeiramente vamos entender o que é um motor térmico.
Um motor térmico é um sistema que transforma energia térmica em energia cinética. No processo, uma fonte de calor aumenta a temperatura de um meio de trabalho, que transfere sua energia para um sistema mecânico que realiza um trabalho. Na transferência de energia, o meio de trabalho tem a temperatura diminuída. Nos motores dos carros de combustão interna, o meio de trabalho é o combustível, como a gasolina. Pode-se medir a potência do motor e a eficiência do combustível como parâmetros que descrevem o seu funcionamento.
O trabalho publicado na revista científica americana mostra a primeira realização experimental de um motor quântico utilizando o misterioso e fascinante emaranhamento de dois íons de átomos de cálcio como meio de trabalho. Dois lasers que emitem luz com frequências diferentes são utilizados durante o processo para a obtenção de trabalho realizado. A potência foi estimada pela quantidade de energia útil em comparação com a energia utilizada, enquanto a eficiência do meio de trabalho foi medida a partir da quantidade de vibrações produzidas pelo sistema para a utilização de cada fóton. Como resultado, foi observado que os motores quânticos não armazenam grandes quantidades de energia, mas produzem quantidades mais elevadas de acordo com o emaranhamento apresentado pelos átomos, permitindo realizar a conversão de energia de forma controlada.
O estudo, além de demonstrar um motor quântico, abre possibilidades para a utilização do sistema em dispositivos que requerem picos de energia instantâneos e eficientes. Claro que estamos falando de dispositivos de energia microscópicos, como baterias quânticas pois mesmo com mais de um século de avanço, não será possível comprar carros de passeio quânticos, a não ser que seja marketing (aproveite e leia outro texto sobre este assunto). Apesar disso, as implicações do trabalho são vastas, desde a melhoria de sistemas de comunicação até o desenvolvimento de computadores quânticos mais poderosos.
Para saber mais:
Cientistas descobriram que... "CDQ" 