Uma pesquisa da Universidade de Manchester lançou uma nova luz sobre o uso de "motores térmicos" miniaturizados que poderiam um dia ajudar a alimentar máquinas em nanoescala como os computadores quânticos.

Os motores de calor são dispositivos que transformam a energia térmica em uma forma útil conhecida como 'trabalho', que pode fornecer energia - como qualquer outro motor.

Dr. Ahsan Nazir, palestrante sênior e bolsista EPSRC baseado no Photon Science Institute e na Escola de Física e Astronomia de Manchester, queria ver como os motores térmicos funcionavam no nível quântico, um ambiente subatômico onde as leis clássicas da física nem sempre se aplicam.

Os motores térmicos nesta escala podem ajudar a alimentar as máquinas miniaturizadas em nanoescala do futuro, como componentes de computadores quânticos.

A pesquisa do Dr. Nazir, publicado no jornal Revisão Física E , mostraram que os motores térmicos tendiam a perder desempenho na escala quântica devido à maneira como tais dispositivos trocam energia com reservatórios de calor externos - e mais investigação seria necessária para remediar esse desafio.

"Os motores de calor são dispositivos que transformam a energia térmica em uma forma útil conhecida como 'trabalho', "explicou o Dr. Nazir.

“Além de ser de imensa importância prática, a compreensão teórica dos fatores que determinam sua eficiência de conversão de energia permitiu uma compreensão profunda das leis clássicas da termodinâmica.

"Recentemente, muito interesse tem se concentrado em realizações quânticas de motores a fim de determinar se as leis da termodinâmica se aplicam também a sistemas quânticos.

"Na maioria dos casos, esses motores são simplificados supondo que a interação entre o sistema de trabalho e os reservatórios térmicos é incrivelmente pequena. Na escala macroscópica clássica, essa suposição é normalmente válida - mas reconhecemos que pode não ser o caso, pois o tamanho do sistema diminui para a escala quântica.

"O consenso sobre como abordar a termodinâmica neste chamado regime de acoplamento forte ainda não foi alcançado. Portanto, propusemos um formalismo adequado para o estudo de uma máquina térmica quântica no regime de força de interação não-evanescente e aplicá-lo ao caso de um ciclo Otto de quatro tempos.

"Essa abordagem nos permitiu realizar uma análise termodinâmica completa das trocas de energia ao redor do ciclo para todas as forças de acoplamento. Descobrimos que o desempenho do motor diminui à medida que a força de interação se torna mais apreciável, e, portanto, as forças de interação sistema-reservatório que não desaparecem constituem uma consideração importante na operação de motores térmicos de mecânica quântica. "