Pesquisadores da Universidade de Stuttgart demonstraram que o princípio de Carnot, um pilar da termodinâmica clássica, pode ser superado em motores quânticos na escala atômica, abrindo caminho para máquinas ultraeficientes. Essa descoberta, publicada em 22 de janeiro de 2026, sugere que as correlações quânticas permitem extrair trabalho adicional, redefinindo os limites de eficiência da lei da termodinâmica, estabelecida há quase dois séculos.
Os achados, detalhados em um estudo na revista Science Advances, questionam a aplicação irrestrita do princípio de Carnot em sistemas microscópicos. Tradicionalmente, este princípio define a máxima eficiência teórica para qualquer motor térmico, como os motores de combustão interna. Contudo, em dimensões atômicas, onde os efeitos quânticos dominam, as regras parecem se flexibilizar.
Essa reavaliação da lei da termodinâmica não é apenas um feito teórico; ela abre portas para o desenvolvimento de tecnologias disruptivas. A capacidade de construir motores minúsculos, do tamanho de um único átomo, com eficiência superior à dos seus equivalentes macroscópicos, tem implicações profundas para a engenharia e a medicina.
Correlações quânticas redefinem a eficiência
O trabalho dos físicos Eric Lutz e Milton Aguilar, da Universidade de Stuttgart, revela que a formulação clássica do princípio de Carnot, que depende das diferenças de temperatura entre os reservatórios quente e frio, não considera o papel das correlações quânticas. Essas conexões sutis entre partículas, que surgem em sistemas extremamente pequenos, são o cerne da quebra do limite tradicional.
Pela primeira vez, os pesquisadores derivaram leis termodinâmicas generalizadas que incorporam plenamente essas correlações. Seus resultados indicam que máquinas térmicas em escala atômica podem converter não apenas calor em trabalho, mas também as próprias correlações quânticas. Essa contribuição adicional permite que tais máquinas gerem mais trabalho do que a teoria clássica permitiria, elevando a eficiência de um motor quântico acima do limite de Carnot.
Impacto nos motores quânticos do futuro
Além de refinar a física fundamental, a pesquisa abre novas perspectivas para aplicações futuras. Um entendimento mais aprofundado de como as leis físicas operam no nível atômico pode acelerar o desenvolvimento de tecnologias de próxima geração, incluindo motores quânticos ultrapequenos e altamente eficientes, capazes de realizar tarefas precisas em nanoescala.
Tais motores poderiam, um dia, impulsionar nanorrobôs médicos para cirurgias minimamente invasivas ou guiar máquinas que manipulam materiais átomo por átomo. A gama de usos potenciais é vasta, sublinhando como a reavaliação de princípios científicos básicos pode levar a horizontes tecnológicos inteiramente novos.
