A física clássica nos ensina que aplicar força repetidamente a um sistema inevitavelmente o aquece, como esfregar as mãos ou martelar metal. Contudo, uma recente investigação realizada por pesquisadores da Universidade de Innsbruck, na Áustria, revelou que esta intuição não se aplica universalmente no reino quântico.
Em um experimento surpreendente, uma equipe liderada por Hanns Christoph Nägerl observou que um sistema quântico fortemente interagente, continuamente ‘chutado’ por lasers, não absorveu energia de forma constante, desafiando a expectativa de aquecimento e caos. Em vez disso, os átomos pararam abruptamente de absorver energia e se fixaram em um padrão de movimento estável, um fenômeno atribuído à coerência quântica.
A resistência quântica ao calor e à desordem
A equipe de Innsbruck criou um fluido quântico unidimensional composto por átomos fortemente interagentes, resfriados a poucos nanokelvin acima do zero absoluto. Ao submeter esses átomos a um potencial de rede que ligava e desligava rapidamente com pulsos de laser, os cientistas esperavam uma absorção contínua de energia, similar a um trampolim em movimento constante. No entanto, o que observaram foi uma mudança inesperada: após um breve período inicial, a distribuição do momento dos átomos estagnou.
A energia cinética do sistema parou de aumentar e se estabilizou. Mesmo sob estímulo contínuo e forte interação atômica, os átomos não absorveram mais energia. O sistema entrou em um estado conhecido como localização dinâmica de muitos corpos (MBDL), onde o movimento fica ‘congelado’ no espaço de momento. O professor Hanns Christoph Nägerl explicou que neste estado, a coerência quântica e o emaranhamento de muitos corpos impedem que o sistema se termalize e exiba comportamento difusivo, mesmo sob constante estímulo externo.
Yanliang Guo, autor principal do estudo, admitiu que o comportamento observado contrariou as previsões iniciais da equipe. “Esperávamos inicialmente que os átomos começassem a voar por todo lado. Em vez disso, eles se comportaram de uma maneira surpreendentemente ordenada”, afirmou. Lei Ying, colaborador teórico da Universidade de Zhejiang, na China, corroborou essa surpresa, destacando que a coerência de muitos corpos pode deter a absorção de energia em um sistema fortemente impulsionado e interagente, desafiando a intuição clássica e revelando uma notável estabilidade enraizada na mecânica quântica.
Implicações para o futuro da tecnologia quântica
Para testar a robustez desse estado incomum, os pesquisadores introduziram aleatoriedade na sequência de pulsos de laser. Imediatamente, o efeito foi visível: até mesmo uma pequena quantidade de desordem foi suficiente para destruir a localização. Uma vez que a coerência foi perturbada, os átomos se comportaram de maneira mais convencional, com seu momento se espalhando e a energia cinética aumentando rapidamente, retomando a absorção ilimitada de energia.
“Este teste destacou que a coerência quântica é crucial para prevenir a termalização em tais sistemas de muitos corpos impulsionados”, disse Nägerl. Esta descoberta tem implicações que vão além da física fundamental. A capacidade de prevenir o aquecimento indesejado é um dos maiores desafios no desenvolvimento de tecnologias quânticas, como computadores e sensores.
O controle da coerência quântica pode abrir caminho para o desenvolvimento de dispositivos quânticos mais estáveis e eficientes, que operem sob condições menos extremas. A pesquisa sugere uma nova compreensão de como a mecânica quântica pode ser explorada para criar sistemas que resistam à desordem, um passo fundamental para avançar na computação quântica e em outras aplicações emergentes.
