Os relógios são blocos de construção essenciais da tecnologia moderna, de computadores a receptores GPS. Eles também são essencialmente motores, consumindo recursos irreversivelmente para gerar carrapatos precisos. Mas quais recursos devem ser gastos para atingir a precisão desejada? Em nosso último estudo, publicado em Revisão Física X , respondemos a esta pergunta medindo, pela primeira vez, a entropia gerada por um relógio mínimo.

Os humanos dominaram a arte de cronometrar com uma precisão de aproximadamente um segundo a cada cem milhões de anos. Contudo, o custo termodinâmico de cronometragem, ou seja, sua produção de entropia, foi até este ponto inexplorado.

Nosso experimento revela que quanto mais quente o relógio, quanto mais precisa a cronometragem, uma previsão que se espera que seja válida apenas para sistemas quânticos. Compreender o custo termodinâmico envolvido na cronometragem é um passo central ao longo do caminho no desenvolvimento de tecnologias futuras, e compreensão e teste da termodinâmica à medida que os sistemas se aproximam do reino quântico.

Em uma colaboração com o Prof Marcus Huber no Atominstitut, TUWien, Dr. Paul Erker e Dra. Yelena Guryanova no Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica (IQOQI), e Dr. Edward Laird da University of Lancaster, meus colegas, Dra. Anna Pearson e Prof Andrew Briggs, e eu desenhei um relógio clássico, com precisão ajustável, para medir a produção de entropia.

Nosso relógio consiste em uma membrana vibratória integrada em um circuito eletrônico:cada oscilação da membrana fornece um tique. Os recursos que movem o relógio são o calor fornecido à membrana e o trabalho elétrico usado para medi-lo. Em operação, o relógio converte esses recursos em calor desperdiçado, gerando assim entropia. Medindo essa entropia, podemos, portanto, deduzir a quantidade de recursos consumidos.

Ao aumentar a energia, ou "calor, "no sinal de entrada, fomos capazes de aumentar a amplitude das vibrações e, por sua vez, melhorar a precisão das medições da membrana. Nossa equipe descobriu que o custo de entropia - estimado medindo a perda de calor no circuito da sonda - aumentou linearmente com a precisão, de acordo com o comportamento do relógio quântico.

Nosso experimento revela os custos termodinâmicos da cronometragem. Existe uma relação entre a precisão de um relógio e sua produção de entropia; não existe minuto livre - pelo menos se você quiser medi-lo.

Pela primeira vez, mostramos uma relação entre a precisão de um relógio e sua produção de entropia, que embora derivado para sistemas quânticos abertos, é válido em nosso sistema nanoeletromecânico.

Nossos resultados apóiam a ideia de que a entropia não é apenas uma assinatura da flecha do tempo, ou um pré-requisito para medir a passagem do tempo, mas um limite fundamental no desempenho do relógio.

A relação entre precisão e entropia pode ser usada para aprofundar nossa compreensão da natureza do tempo, e limitações relacionadas na eficiência do motor em nanoescala.

Nosso dispositivo pode nos permitir investigar a compensação particular prevista entre a precisão do relógio, que, como mostramos, está ligado aos recursos termodinâmicos disponíveis, e taxa de tick. Essa troca significa que, para um determinado recurso, um relógio pode ter baixa precisão e alta taxa de tique ou alta precisão, mas baixas taxas de tique.