Físicos comprovam limite quântico de velocidade há muito tempo suspeito para a termalização

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Ao aguardar a derretimento do gelo em um para-brisa de carro no inverno ou a resfriamento de uma bebida morna, o tempo que um objeto leva para alcançar o equilíbrio térmico estável e equilibrado com seu ambiente depende de uma série de fatores. Entre eles podem ser citados a área superficial, as propriedades do material do objeto e o fluxo de ar.

No entanto, ao nos aproximarmos da escala subatômica na qual os qubits operam nos computadores quânticos, um conjunto diferente de regras entra em ação. As condições externas ainda importam, porém, segundo um novo artigo publicado no periódico Nature Physics, a mecânica quântica impõe um limite fundamental de velocidade à rapidez com que diferentes sistemas quânticos podem alcançar o equilíbrio térmico.

A importância dessa descoberta reside no fato de que esse limite é universal. Independentemente da quantidade de energia aplicada ou de quão fortemente um sistema seja direcionado, o processo não pode ser forçado a ocorrer mais rapidamente.

Uma busca por um limite de velocidade universal

Ao longo dos anos, os físicos observaram indícios desse limite de Planck em materiais supercondutores e em sistemas quânticos, o que os levou a suspeitar da existência de um limite universal de velocidade. No entanto, faltava uma demonstração matemática geral que estabelecesse tal limite.

Neste ponto, Paolo Abiuso e seus colegas da Academia de Ciências da Áustria entram em cena.

Os pesquisadores desenvolveram um quadro matemático universal que trata a termalização como um processo capaz de levar diferentes sistemas quânticos aos seus respectivos estados térmicos. Utilizando a teoria da informação quântica, calcularam o quão rapidamente esse processo pode ocorrer sob as leis da mecânica quântica.

Para materializar suas descobertas, a equipe aplicou suas equações a um modelo teórico de partículas quânticas interagentes e analisou seu comportamento de forma matemática.

Uma velocidade máxima que não pode ser ultrapassada

Pois, o que todas essas contas numéricas e a formalização resultaram?

A equipe demonstrou que a mecânica quântica impõe um limite de velocidade ao levar diferentes sistemas quânticos ao equilíbrio térmico. Eles descobriram que esse limite é determinado pela temperatura e por duas constantes fundamentais da natureza: a constante de Planck reduzida e a constante de Boltzmann.

“Ou seja, essa limitação decorre da observação de que a máquina de termalização não poderá violar o limite de Heisenberg [um limite fundamental sobre o quão precisamente as propriedades quânticas podem ser medidas],” escrevem os autores do estudo.

Isso significa que o tempo mínimo necessário para que sistemas quânticos alcancem o equilíbrio térmico em temperaturas mais altas pode ser mais curto, embora, quando aplicável, eles ainda assim não consigam ultrapassar esse limite fundamental de velocidade. Os resultados confirmam que esse limite de velocidade depende da temperatura e da mecânica quântica, independentemente da complexidade do ambiente circundante.

No entanto, em temperaturas excessivamente baixas, o limite é determinado pela diferença de energia entre os dois estados de energia mais baixos de um sistema.

Este artigo é muito mais do que um trabalho matemático engenhoso. Compreender esses limites universais de velocidade pode ajudar os pesquisadores a desenvolver computadores quânticos melhores, entre outras aplicações.

O artigo foi escrito por Paul Arnold, editado por Lisa Lock e revisado e verificado quanto à precisão por Robert Egan; há um cuidadoso trabalho humano envolvido na sua preparação. A Science X depende do apoio dos seus leitores para manter o jornalismo científico independente. Se esta notícia é importante para você, você pode considerar fazer uma doação, especialmente uma doação mensal. Em agradecimento, você recebe uma conta sem anúncios.

Paolo Abiuso et al., Uma prova information-theoretic do limite Planckiano para a termalização, (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03397-y

Bacharelado em Biologia pela Universidade de London. Produtor de documentários da BBC com experiência internacional. Trabalha como freelancer a partir do sul da Espanha.

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BA em História da Arte, MEm Cultura Material. Ex-editor de museus, paramédico e coordenador de doação de órgãos. Edita para a Science X desde 2021.

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Formação em matemática biológica no nível de graduação e em escrita criativa no nível de pós-graduação. Muito viajante, possui perspectivas únicas sobre ciência e idiomas. Ver perfil completo →

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