A entropia pode mudar a física quântica para sempre

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A entropia é um conceito da termodinâmica que mede a aleatoriedade, ou grau de desordem, das partículas. Em um sistema isolado ela nunca pode diminuir em sistemas clássicos, ela se faz presente tão firme quanto possível, no entanto, na mecânica quântica sua presença não era tão certa, pelos menos até agora.

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Em um novo estudo, publicado recentemente na revista Nature Communications, pesquisadores mostraram que a entropia existe no emaranhamento quântico.

Para quem tem pressa:

O emaranhamento quântico é um fenômeno onde duas partículas estão tão interdependentes que propriedades de uma delas afetam instantaneamente a outra;
No entanto, a presença da segunda lei da termodinâmica, que diz respeito a entropia, não é tão certa na mecânica quântica;
No estudo, os pesquisadores usaram transformações de emaranhamento “probabilísticas” para criar condições reversíveis para cálculo de entropia no emaranhamento quântico;

A mecânica quântica aponta que se uma medição é feita em uma partícula, sua função de onda entra em colapso. Quando duas partículas estão emaranhadas, o colapso de uma delas resulta instantaneamente na função de onda da outra mesmo que elas estejam em extremos opostos do Universo, isso porque elas fazem parte do mesmo estado quântico.

Apesar desse fenômeno ser extremamente importante para diversas tecnologias quânticas, os físicos ainda não tinham certeza de como o emaranhamento influencia a entropia.

No emaranhmento quântico as dois particulas são interdependentes uma da outra (Crédito: CI Photos/Shutterstock) — No emaranhamento quântico as duas partículas são interdependentes uma da outra (Crédito: CI Photos/Shutterstock)

Leia mais:

Cálculo de entropia no emaranhamento

Em sistemas termodinâmicos, o trabalho e o calor são reversíveis, para enquadrar o emaranhamento quânticos nesta segunda lei da termodinâmica, os pesquisadores precisavam mostrar que as transformações ocorridas durante esse fenômeno também poderiam ser revertidas.

Para isso, os cientistas desenvolveram transformações probabilísticas, para que fosse possível criar as transformações reversíveis necessárias para os cálculos de entropia. Com isso, a pesquisa conseguiu calcular a entropia do emaranhado quântico.

Nossas descobertas marcam um progresso significativo na compreensão das propriedades básicas do emaranhamento, revelando conexões fundamentais entre o emaranhamento e a termodinâmica e, crucialmente, proporcionando uma grande simplificação na compreensão dos processos de conversão do emaranhamento. Isto não só tem aplicações imediatas e diretas nos fundamentos da teoria quântica, mas também ajudará a compreender as limitações finais da nossa capacidade de manipular eficientemente o emaranhamento na prática.
Bartosz Regula, autor do estudo, em comunicado

Os pesquisadores conseguiram calcular a entropia no emaranhamento (Crédito: ezphoto/Shutterstock)

Mais estudos sobre a entropia no emaranhamento podem fornecer novas informações sobre problemas que ainda não resolvemos na física quântica. O novo estudo é apenas uma confirmação de que a reversibilidade pode acontecer no fenômeno e ainda há esperanças de que isso possa acontecer em suposições mais fracas, sem que seja preciso usar transformações probabilísticas.