A termodinâmica quântica é o campo de estudo que explora como as leis da mecânica quântica afetam os sistemas termodinâmicos. Esses sistemas podem ser de escala extremamente pequena, como materiais de tamanho nanométrico ou até mesmo partículas únicas. Na termodinâmica quântica, os conceitos de energia, temperatura e entropia diferem de seus equivalentes clássicos.

Um dos princípios fundamentais da termodinâmica quântica é a quantização de energia. Isto significa que a energia só pode existir em quantidades discretas específicas, em vez de assumir valores contínuos. A energia de um sistema quântico pode ser descrita usando o conceito de estados quânticos e níveis de energia.

A temperatura, na termodinâmica quântica, está relacionada à energia média dos componentes de um sistema quântico. No entanto, as flutuações quânticas podem dar origem a desvios deste comportamento médio.

A entropia na termodinâmica quântica inclui contribuições de fontes clássicas e quânticas. Caracteriza a desordem ou incerteza em um sistema quântico e está ligada aos seus estados quânticos e aos processos microscópicos subjacentes.

A termodinâmica quântica fornece insights que não são acessíveis através da termodinâmica clássica. Por exemplo, pode ajudar a prever o comportamento de dispositivos em nanoescala, compreender as transições de fase em sistemas quânticos e contribuir para o estudo do processamento de informações quânticas e dos computadores quânticos. Tem aplicações em vários campos, incluindo física da matéria condensada, ciência dos materiais, engenharia quântica e tecnologias emergentes.

Ao combinar os princípios da mecânica quântica e da termodinâmica, a termodinâmica quântica permite-nos explorar e compreender o comportamento da matéria à escala quântica, alargando a nossa perspectiva sobre as leis fundamentais que regem o universo.