{"id":23890,"date":"2021-01-06T15:03:20","date_gmt":"2021-01-06T18:03:20","guid":{"rendered":"https:\/\/universonerd.net\/portal\/?p=23890"},"modified":"2021-01-06T15:03:24","modified_gmt":"2021-01-06T18:03:24","slug":"conheca-o-motor-quantico-que-esquenta-e-esfria-ao-mesmo-tempo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/universonerd.net\/portal\/conheca-o-motor-quantico-que-esquenta-e-esfria-ao-mesmo-tempo\/","title":{"rendered":"Conhe\u00e7a O Motor Qu\u00e2ntico Que Esquenta E Esfria Ao Mesmo Tempo"},"content":{"rendered":"

Um motor qu\u00e2ntico<\/strong> \u00e9 um dispositivo que gera ou perde energia a partir do fluxo de calor entre os reservat\u00f3rios quentes e frios. O mecanismo de opera\u00e7\u00e3o pode ser descrito pelas leis da mec\u00e2nica qu\u00e2ntica e podem operar at\u00e9 a escala de uma \u00fanica part\u00edcula, justificando a necessidade de uma teoria qu\u00e2ntica.<\/span><\/p>\n

O fen\u00f4meno da superposi\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica<\/strong> estabelece que uma part\u00edcula pode estar em dois estados ao mesmo tempo, ou em dois “lugares simultaneamente”, pois voc\u00ea s\u00f3 sabe o valor ou a posi\u00e7\u00e3o reais quando faz uma medi\u00e7\u00e3o, o que faz a superposi\u00e7\u00e3o colapsar e a part\u00edcula assumir uma identidade ou uma posi\u00e7\u00e3o definida. Se voc\u00ea j\u00e1 est\u00e1 acostumado com essa no\u00e7\u00e3o, demonstrada experimentalmente, ent\u00e3o n\u00e3o vai estranhar muito o feito de Keiji Ono<\/strong> e colegas do Instituto Riken<\/strong>, no Jap\u00e3o<\/strong>.<\/span><\/p>\n

O pesquisador Keiji Ono criou um nanodispositivo que atua como um motor t\u00e9rmico<\/strong>, absorvendo ou liberando calor<\/strong>. Isso significa que o nanodispositivo pode funcionar tanto como uma minigeladeira<\/strong>, quanto como um miniaquecedor<\/strong>. Complicado de entender, n\u00e3o \u00e9 mesmo?<\/span><\/p>\n

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O toque qu\u00e2ntico adicional da superposi\u00e7\u00e3o pode resfriar e aquecer ao mesmo tempo.<\/strong><\/em><\/span><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n

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De acordo com as imagens, o dispositivo pode estar esquentando ou esfriando ou as duas coisas ao mesmo tempo.<\/strong> [Imagem: Keiji Ono et al. – 10.1103\/PhysRevLett.125.166802]<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

\u00c9 claro que, normalmente, n\u00e3o combinamos uma geladeira com um aquecedor, pois isso tornaria uma m\u00e1quina completamente in\u00fatil. Mas tudo \u00e9 diferente quando se estuda e trabalha com nanopart\u00edculas, pois em tal escala um refrigerador\/aquecedor pode ser \u00fatil para alternar rapidamente entre as duas fun\u00e7\u00f5es, em um chip<\/em> de computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica e a termodin\u00e2mica qu\u00e2ntica ser\u00e1 essencial nos pr\u00f3ximos anos.<\/span><\/p>\n

Vamos entender um pouco mais! Em uma geladeira normal, como a que temos em casa, h\u00e1 uma troca de calor entre dois volumes de fluido, onde um \u00e9 comprimido para que se aque\u00e7a, enquanto for\u00e7ar o outro a se expandir para que se esfrie. Se essas opera\u00e7\u00f5es forem feitas em um ciclo peri\u00f3dico, os dois volumes de fluido trocar\u00e3o energia e o sistema pode ser usado como uma m\u00e1quina de calor ou como uma geladeira.<\/span><\/p>\n

Com isso, no chamado nanomotor<\/strong>, esse processo \u00e9 feito aumentando ou diminuindo o hiato entre os n\u00edveis de energia internos de um el\u00e9tron em um trans\u00edstor. O el\u00e9tron tem dois estados de energia poss\u00edveis, sendo que a lacuna entre esses dois estados de energia pode ser controlada aplicando um campo el\u00e9trico e micro-ondas. <\/span><\/p>\n

Keiji Ono destaca:<\/span><\/p>\n

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Isso \u00e9 an\u00e1logo \u00e0 opera\u00e7\u00e3o peri\u00f3dica de expans\u00e3o-compress\u00e3o de um fluido dentro de uma c\u00e2mara.<\/strong><\/em><\/span><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n

\"\"
chips qu\u00e2nticos come\u00e7am a demonstrar poder da nanofabrica\u00e7\u00e3o<\/strong><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Os ciclos de um nanodispositivo<\/strong> podem ser medidos porque o sistema “modula” as micro-ondas quando o el\u00e9tron muda de n\u00edvel de energia. As micro-ondas s\u00e3o reemitidas quando o el\u00e9tron passa de um n\u00edvel de energia mais alto para um n\u00edvel de energia mais baixo, mas s\u00e3o diferentes das micro-ondas reemitidas quando o el\u00e9tron passa de um n\u00edvel de energia mais baixo para um n\u00edvel de energia mais alto. E essa medi\u00e7\u00e3o permite definir claramente quando o “dispositivo” est\u00e1 funcionando como uma geladeira ou como um aquecedor.<\/span><\/p>\n

Com isso, tanto na teoria, como na pr\u00e1tica experimental, a “nanom\u00e1quina” pode funcionar como geladeira e como aquecedor ao mesmo tempo, o que pode ser detectado na forma de um padr\u00e3o de interfer\u00eancia de micro-ondas, onde esse padr\u00e3o \u00e9 uma mescla das energias emitidas quando o dispositivo est\u00e1 aquecendo e daquelas emitidas quando est\u00e1 resfriando.<\/span><\/p>\n

Por fim, Keiji Ono afirma que houve uma correspond\u00eancia quase perfeita entre o padr\u00e3o de interfer\u00eancia experimental e o previsto pela teoria e isso pode permitir uma mudan\u00e7a r\u00e1pida entre os dois modos de opera\u00e7\u00e3o, sendo que tal capacidade pode ajudar a criar novas aplica\u00e7\u00f5es no futuro.<\/span><\/p>\n\n\n

_______________________________________________________________________<\/strong>_______<\/p>\n\n\n

Fonte:<\/strong> Inova\u00e7\u00e3o Tecnol\u00f3gica e Artigo: Analog of a Quantum Heat Engine Using a Single-Spin Qubit<\/i>. Revista: Physical Review Letters<\/i>.\u00a0<\/i>Vol.: 125, 166802.<\/i><\/span><\/p>\n

DOI:<\/span> 10.1103\/PhysRevLett.125.166802<\/a>.<\/span><\/p>\n\n\n

Se voc\u00ea gostou, n\u00e3o deixe de participar atrav\u00e9s de sugest\u00f5es, cr\u00edticas e\/ou d\u00favidas. Aproveitem para assinar o Blog, curtir a <\/strong><\/em>P\u00e1gina no Facebook<\/strong><\/a>, interagir no <\/strong><\/em>Grupo do Facebook<\/strong><\/a>, al\u00e9m de acompanhar publica\u00e7\u00f5es e ficar por dentro do Projeto Universo NERD, de sorteios, concursos e demais promo\u00e7\u00f5es.<\/strong><\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Um motor qu\u00e2ntico \u00e9 um dispositivo que gera ou perde energia a partir do fluxo de calor entre os reservat\u00f3rios quentes e frios. O mecanismo de opera\u00e7\u00e3o pode ser descrito pelas leis da mec\u00e2nica qu\u00e2ntica e podem operar at\u00e9 a escala de uma \u00fanica part\u00edcula, justificando a necessidade de uma teoria qu\u00e2ntica. O fen\u00f4meno da superposi\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica estabelece que uma part\u00edcula pode estar em dois estados ao mesmo tempo, ou em dois “lugares simultaneamente”, pois voc\u00ea s\u00f3 sabe o valor ou a posi\u00e7\u00e3o reais quando faz uma medi\u00e7\u00e3o, o que faz a superposi\u00e7\u00e3o colapsar e a part\u00edcula assumir uma identidade ou uma posi\u00e7\u00e3o definida. Se voc\u00ea j\u00e1 est\u00e1 acostumado com essa no\u00e7\u00e3o, demonstrada experimentalmente, ent\u00e3o n\u00e3o vai estranhar muito o feito de Keiji Ono e colegas do Instituto Riken, no Jap\u00e3o. O pesquisador Keiji Ono criou um nanodispositivo que atua como um motor t\u00e9rmico, absorvendo ou liberando calor. Isso significa que o nanodispositivo pode funcionar tanto como uma minigeladeira, quanto como um miniaquecedor. Complicado de entender, n\u00e3o \u00e9 mesmo? O toque qu\u00e2ntico adicional da superposi\u00e7\u00e3o pode resfriar e aquecer ao mesmo tempo. \u00c9 claro que, normalmente, n\u00e3o combinamos uma geladeira com um aquecedor, pois isso tornaria uma m\u00e1quina completamente in\u00fatil. Mas tudo \u00e9 diferente quando se estuda e trabalha com nanopart\u00edculas, pois em tal escala um refrigerador\/aquecedor pode ser \u00fatil para alternar rapidamente entre as duas fun\u00e7\u00f5es, em um chip de computa\u00e7\u00e3o qu\u00e2ntica e a termodin\u00e2mica qu\u00e2ntica ser\u00e1 essencial nos pr\u00f3ximos anos. Vamos entender um pouco mais! Em uma geladeira normal, como a que temos em casa, h\u00e1 uma troca de calor entre dois volumes de fluido, onde um \u00e9 comprimido para que se aque\u00e7a, enquanto for\u00e7ar o outro a se expandir para que se esfrie. Se essas opera\u00e7\u00f5es forem feitas em um ciclo peri\u00f3dico, os dois volumes de fluido trocar\u00e3o energia e o sistema pode ser usado como uma m\u00e1quina de calor ou como uma geladeira. Com isso, no chamado nanomotor, esse processo \u00e9 feito aumentando ou diminuindo o hiato entre os n\u00edveis de energia internos de um el\u00e9tron em um trans\u00edstor. O el\u00e9tron tem dois estados de energia poss\u00edveis, sendo que a lacuna entre esses dois estados de energia pode ser controlada aplicando um campo el\u00e9trico e micro-ondas. Keiji Ono destaca: Isso \u00e9 an\u00e1logo \u00e0 opera\u00e7\u00e3o peri\u00f3dica de expans\u00e3o-compress\u00e3o de um fluido dentro de uma c\u00e2mara. Os ciclos de um nanodispositivo podem ser medidos porque o sistema “modula” as micro-ondas quando o el\u00e9tron muda de n\u00edvel de energia. As micro-ondas s\u00e3o reemitidas quando o el\u00e9tron passa de um n\u00edvel de energia mais alto para um n\u00edvel de energia mais baixo, mas s\u00e3o diferentes das micro-ondas reemitidas quando o el\u00e9tron passa de um n\u00edvel de energia mais baixo para um n\u00edvel de energia mais alto. E essa medi\u00e7\u00e3o permite definir claramente quando o “dispositivo” est\u00e1 funcionando como uma geladeira ou como um aquecedor. Com isso, tanto na teoria, como na pr\u00e1tica experimental, a “nanom\u00e1quina” pode funcionar como geladeira e como aquecedor ao mesmo tempo, o que pode ser detectado na forma de um padr\u00e3o de interfer\u00eancia de micro-ondas, onde esse padr\u00e3o \u00e9 uma mescla das energias emitidas quando o dispositivo est\u00e1 aquecendo e daquelas emitidas quando est\u00e1 resfriando. Por fim, Keiji Ono afirma que houve uma correspond\u00eancia quase perfeita entre o padr\u00e3o de interfer\u00eancia experimental e o previsto pela teoria e isso pode permitir uma mudan\u00e7a r\u00e1pida entre os dois modos de opera\u00e7\u00e3o, sendo que tal capacidade pode ajudar a criar novas aplica\u00e7\u00f5es no futuro. ______________________________________________________________________________ Fonte: Inova\u00e7\u00e3o Tecnol\u00f3gica e Artigo: Analog of a Quantum Heat Engine Using a Single-Spin Qubit. Revista: Physical Review Letters.\u00a0Vol.: 125, 166802. DOI: 10.1103\/PhysRevLett.125.166802. Se voc\u00ea gostou, n\u00e3o deixe de participar atrav\u00e9s de sugest\u00f5es, cr\u00edticas e\/ou d\u00favidas. 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