Em um sistema termodinâmico clássico, a corrente de calor flui do corpo mais quente para o mais frio, ou eletricidade da tensão mais alta para a mais baixa. A mesma coisa acontece em sistemas quânticos, mas este estado pode ser alterado, e o fluxo de energia e partículas pode ser revertido se um observador quântico for inserido no sistema.

Este é o principal resultado obtido pelo grupo liderado pelo Professor Ángel Rubio da UPV / EHU e do Instituto Max Planck PMSD, junto com colaboradores do centro BCCMS em Bremen. Seu estudo foi publicado em npj Quantum Materials .

Em objetos macroscópicos, como uma corrente de água, observar a corrente não afeta o fluxo da água e, de acordo com as leis da termodinâmica clássica, esse fluxo ocorreria da parte superior para a parte inferior do sistema. Contudo, em sistemas quânticos, "o processo de observação muda o estado do sistema, e isso torna mais provável que a corrente flua em uma direção ou outra, "diz Ángel Rubio, professor do Instituto Max Planck para a Estrutura e Dinâmica da Matéria, com sede em Hamburgo.

Rubio diz que isso não constitui "uma violação de nenhum teorema fundamental da física nem é a energia criada do nada. O que acontece é que inserir um observador no sistema atua como um obstáculo, como se você fosse fechar o canal em uma tubulação pela qual a água está fluindo. Obviamente, se a carga começar a aumentar, acabaria indo na direção oposta. Em outras palavras, o observador projeta o estado do sistema em um estado que transmite a corrente ou energia em direções opostas. "

Rubio lembra sua surpresa ao descobrir que a inserção do observador quântico fazia com que as direções da corrente e a transferência de energia mudassem:“Inicialmente, pensamos que era um erro. Esperávamos encontrar mudanças e pensamos que seria possível interromper o transporte, mas não esperávamos que houvesse uma mudança completa de fluxo. Essas mudanças na direção da corrente também podem ser feitas de forma controlada. Dependendo de onde o observador está inserido, o fluxo pode ser alterado, mas existem áreas específicas no dispositivo nas quais, apesar de olhar, a direção não muda, " ele diz.

Dificuldades para o projeto experimental

Controlar o calor e a corrente das partículas desta forma poderia abrir a porta para várias estratégias para projetar dispositivos de transporte quântico com controle de direcionalidade da injeção de correntes para aplicações em termelétricas, spintrônica, fonônica e detecção, entre outros. Mas Ángel Rubio acredita que esses aplicativos ainda estão longe, porque ele vê limitações no design dos observadores:"Propusemos um modelo simples, e a teoria pode ser facilmente verificada porque todos os fluxos de energia e entropia são preservados. Realizar esse processo experimentalmente seria outra questão. Embora exista o tipo de dispositivo que precisaria ser projetado, e produzi-lo seria viável, agora mesmo, não há possibilidade de fazer isso de forma controlada. "

Assim, o grupo de pesquisa agora está explorando outros, ideias semelhantes. "Procuramos outros mecanismos como alternativa aos observadores quânticos que permitiriam a obtenção de efeitos semelhantes e que seriam mais realistas quando se trata de implementá-los experimentalmente, "Diz Rubio.