p A termodinâmica é um dos empreendimentos científicos mais humanos, de acordo com Kater Murch, professor associado de física em artes e ciências na Washington University em St. Louis. p "Tem a ver com nosso fascínio pelo fogo e nossa preguiça, "disse ele." Como podemos fazer com que o fogo "- ou o calor -" trabalhe para nós? "

p Agora, Murch e seus colegas levaram esse empreendimento humano até a escala quântica intangível - a de temperaturas ultrabaixas e sistemas microscópicos - e descobriram que, como no mundo macroscópico, é possível usar informações para extrair trabalho.

p Existe um problema, embora:algumas informações podem ser perdidas no processo.

p "Confirmamos experimentalmente a conexão entre as informações no caso clássico e no caso quântico, "Murch disse, "e estamos vendo esse novo efeito de perda de informações."

p Os resultados foram publicados na edição de 20 de julho da Cartas de revisão física .

p A equipe internacional incluiu Eric Lutz, da Universidade de Stuttgart; J. J. Alonzo da Universidade de Erlangen-Nuremberg; Alessandro Romito, da Lancaster University; e Mahdi Naghiloo, um assistente de pesquisa de pós-graduação em física da Universidade de Washington.

p O fato de podermos obter energia de informações em escala macroscópica foi ilustrado de maneira mais famosa em um experimento mental conhecido como Demônio de Maxwell. O "demônio" preside uma caixa cheia de moléculas. A caixa é dividida ao meio por uma parede com uma porta. Se o demônio conhece a velocidade e direção de todas as moléculas, pode abrir a porta quando uma molécula de movimento rápido está se movendo da metade esquerda da caixa para o lado direito, permitindo que ele passe. Ele pode fazer o mesmo com partículas lentas que se movem na direção oposta, abrindo a porta quando uma molécula de movimento lento se aproxima da direita, dirigiu para a esquerda.

p Depois de um tempo, todas as moléculas que se movem rapidamente estão do lado direito da caixa. Um movimento mais rápido corresponde a uma temperatura mais alta. Desta maneira, o demônio criou um desequilíbrio de temperatura, onde um lado da caixa é mais quente. Esse desequilíbrio de temperatura pode ser transformado em trabalho - para empurrar um pistão como em uma máquina a vapor, por exemplo. No início, o experimento mental parecia mostrar que era possível criar uma diferença de temperatura sem fazer nenhum trabalho, e uma vez que as diferenças de temperatura permitem que você extraia o trabalho, pode-se construir uma máquina de movimento perpétuo - uma violação da segunda lei da termodinâmica.

p "Eventualmente, os cientistas perceberam que há algo sobre as informações que o demônio tem sobre as moléculas, "Murch disse." Tem uma qualidade física como calor, trabalho e energia. "

p Sua equipe queria saber se seria possível usar informações para extrair trabalho dessa forma em escala quântica, também, mas não classificando moléculas rápidas e lentas. Se uma partícula está em um estado excitado, eles poderiam extrair trabalho movendo-o para um estado fundamental. (Se estivesse em um estado fundamental, eles não fariam nada e não gastariam nenhum trabalho).

p Mas eles queriam saber o que aconteceria se as partículas quânticas estivessem em um estado excitado e um estado fundamental ao mesmo tempo, análogo a ser rápido e lento ao mesmo tempo. Na física quântica, isso é conhecido como superposição.

p "Você pode obter trabalho a partir de informações sobre uma superposição de estados de energia?" Murch perguntou. "Isso é o que queríamos descobrir."

p Há um problema, no entanto. Em uma escala quântica, obter informações sobre as partículas pode ser um pouco ... complicado.

p "Cada vez que você mede o sistema, muda esse sistema, "Murch disse. E se eles medissem a partícula para descobrir exatamente em que estado ela estava, seria revertido para um de dois estados:animado, ou terra.

p Este efeito é denominado retracção quântica. Para contornar isso, ao olhar para o sistema, pesquisadores (que eram os "demônios") não demoraram muito, olhar duro para sua partícula. Em vez de, eles pegaram o que foi chamado de "observação fraca". Ainda influenciou o estado da superposição, mas não o suficiente para movê-lo totalmente para um estado excitado ou um estado fundamental; ainda estava em uma superposição de estados de energia. Esta observação foi suficiente, no entanto, para permitir que os pesquisadores acompanhem com bastante alta precisão, exatamente em que superposição a partícula estava - e isso é importante, porque a forma como o trabalho é extraído da partícula depende do estado de superposição em que ela se encontra.

p Para obter informação, mesmo usando o método de observação fraco, os pesquisadores ainda tiveram que dar uma olhada na partícula, o que significava que eles precisavam de luz. Então, eles enviaram alguns fótons, e observei os fótons que voltaram.

p "Mas o demônio perde alguns fótons, "Murch disse." Só fica pela metade. A outra metade está perdida. "Mas - e esta é a chave - embora os pesquisadores não tenham visto a outra metade dos fótons, esses fótons ainda interagiam com o sistema, o que significa que eles ainda tiveram um efeito sobre ele. Os pesquisadores não tinham como saber qual era esse efeito.

p Eles fizeram uma medição fraca e obtiveram algumas informações, mas por causa da retrocesso quântica, eles podem acabar sabendo menos do que sabiam antes da medição. Na balança, isso é informação negativa.

p E isso é estranho.

p "Faça as regras da termodinâmica para um macroscópico, mundo clássico ainda se aplica quando falamos sobre superposição quântica? "Murch perguntou." Descobrimos que sim, Eles seguram, exceto que há essa coisa estranha. A informação pode ser negativa.

p "Acho que esta pesquisa destaca como é difícil construir um computador quântico, "Murch disse.

p "Para um computador normal, só fica quente e precisamos resfriá-lo. No computador quântico, você sempre corre o risco de perder informações. "