p A teoria da termodinâmica, comumente associada às máquinas a vapor do século 19, é um conjunto universal de leis que governa tudo, desde os buracos negros até a evolução da vida. Mas com as tecnologias modernas de miniaturização de circuitos à escala atômica, a termodinâmica deve ser posta à prova em um reino completamente novo. Neste reino, aplicam-se as leis quânticas, em vez das clássicas. Da mesma forma que a termodinâmica foi a chave para a construção de máquinas a vapor clássicas, o surgimento de circuitos quânticos está nos forçando a reimaginar essa teoria no caso quântico. p A termodinâmica quântica é um campo da física que avança rapidamente, mas seu desenvolvimento teórico está muito à frente de implementações experimentais. Avanços rápidos na fabricação e medição de dispositivos em nanoescala estão nos apresentando a oportunidade de explorar essa nova física em laboratório.

p Embora os experimentos estejam agora ao nosso alcance, eles permanecem extremamente desafiadores devido à sofisticação dos dispositivos necessários para replicar o funcionamento de uma máquina de calor, e devido ao controle de alto nível e sensibilidade de medição que são necessários. O grupo do Dr. Ares vai fabricar dispositivos em escalas nanométricas, apenas uma dúzia de átomos de diâmetro, e mantê-los em temperaturas muito mais frias do que até mesmo o espaço sideral mais profundo.

p Esses motores em nanoescala darão acesso a testes anteriormente inacessíveis de termodinâmica quântica e serão uma plataforma para estudar a eficiência e a potência dos motores quânticos, pavimentando o caminho para nanomáquinas quânticas. O Dr. Ares construirá motores em que o "vapor" é um ou dois elétrons, e o pistão é um minúsculo fio semicondutor na forma de um nanotubo de carbono. Ela espera que explorar esse novo território tenha um impacto fundamental sobre como pensamos as máquinas tanto quanto os estudos anteriores no regime clássico.

p A principal questão que o recentemente premiado Conselho Europeu de Investigação (projecto ERC) da Dra. Natalia Ares procura responder é:qual é a eficiência de um motor em que as flutuações são importantes e podem surgir efeitos quânticos? As implicações de responder a esta pergunta são muito abrangentes e podem, por exemplo, informar o estudo de biomotores ou o projeto de nanomáquinas on-chip eficientes. Essa pesquisa também pode revelar comportamentos únicos que abrem caminho para novas tecnologias, como novas técnicas de refrigeração e detecção no chip ou meios inovadores de coleta e armazenamento de energia. Aproveitando as flutuações, os requisitos para preservar o comportamento quântico podem se tornar menos exigentes.

p As descobertas do Dr. Ares terão aplicações em computação clássica e quântica. Da mesma forma que o experimento de Joule demonstrou que movimento e calor eram mutuamente intercambiáveis, Dr. Ares tem como objetivo vincular o movimento de um nanotubo de carbono com o calor e o trabalho produzidos por elétrons individuais. Ela está animada para explorar dispositivos com recursos exclusivos para descobrir as singularidades da termodinâmica quântica.