Ler as horas em um relógio quântico gasta mais energia que fazê-lo funcionar

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/11/2025

Ilustração da diferença de energia entre operar um relógio quântico (Em cima: Um único elétron saltando entre duas regiões em nanoescala) e ler os tiques do relógio (embaixo). A energia necessária para ler o relógio é aproximadamente um bilhão de vezes maior do que a energia necessária para fazê-lo funcionar.
[Imagem: Natalia Ares/Vivek Wadhia/Federico Fedele]

Termodinâmica quântica

Há algum tempo sabemos que medir o tempo aumenta entropia do Universo.

Isso pode trazer alguma preocupação, já que, quanto mais entropia há no Universo, mais perto ele pode estar de sua eventual extinção.

Mas agora a mesma equipe demonstrou algo ainda mais curioso: O ato de medir o tempo não apenas aumenta a entropia do Universo, mas na verdade tem um custo de energia maior do que a própria marcação do tempo. Ao menos é assim quando falamos em temporizadores que funcionam no reino quântico - você também pode chamar esses temporizadores de relógios quânticos.

Os relógios - sejam baseados em pêndulos mecânicos, como os antigos carrilhões, ou osciladores atômicos, como nos atuais relógios atômicos - dependem de processos irreversíveis para marcar a passagem do tempo. Na escala quântica, onde processos desse tipo são fracos ou quase inexistentes, a medição do tempo torna-se muito mais desafiadora.

Contudo, para fabricarmos os muito esperados dispositivos quânticos de próxima geração - como sensores, sistemas de navegação e computadores quânticos - vamos precisar não apenas de uma medição muito precisa do tempo, mas também de relógios energeticamente eficientes, para que eles possam ser incorporados nesses dispositivos miniaturizados.

Mas, até agora, a termodinâmica dos relógios quânticos vinha sendo um mistério.

• Termodinâmica quântica: Entropia pode de fato existir no mundo quântico

A energia adicional necessária para a medição também pode fornecer mais informações sobre o comportamento do relógio: Não apenas uma contagem de tiques, mas um registro detalhado de cada pequena mudança. Isso abre novas possibilidades para a criação de relógios de alta precisão de forma mais eficiente.
[Imagem: Vivek Wadhia et al. - 10.1103/5rtj-djfk]

Onde nasce a seta do tempo?

Para tentar desvendar esse mistério, Vivek Wadhia e colegas de várias universidades europeias construíram um relógio microscópico, cujo oscilador é baseado em elétrons individuais saltando entre dois pontos quânticos duplos - cada salto representa como um "tique" do relógio.

Para detectar esses tiques, os pesquisadores usaram dois métodos: Um que mede minúsculas correntes elétricas e outro que usa ondas de rádio para detectar alterações no sistema. Em ambos os casos, os sensores convertem sinais quânticos (os saltos dos elétrons) em dados clássicos, que podemos registrar - é o que chamamos uma transição quântica-clássica.

Acontece que, ao calcular a entropia (a quantidade de energia dissipada) tanto do mecanismo do relógio quântico (isto é, do ponto quântico duplo) quanto do aparato de medição, os resultados revelaram que a energia necessária para ler o relógio quântico (isto é, para transformar seus minúsculos sinais em algo que possamos registrar) é até um bilhão de vezes maior do que a energia usada pelo próprio relógio.

Isso derruba a suposição de que o custo da medição na física quântica pode ser ignorado, além de colocar em evidência uma percepção surpreendente: É o próprio ato de observação que dá direção ao tempo, tornando-o irreversível.

"Nossos resultados sugerem que a entropia produzida pela amplificação e medição dos tiques de um relógio, frequentemente ignorada na literatura, é o custo termodinâmico mais importante e fundamental da cronometragem em escala quântica. O próximo passo é compreender os princípios que regem a eficiência em dispositivos em nanoescala, para que possamos projetar dispositivos autônomos que computem e marquem o tempo com muito mais eficiência, como faz a natureza," disse Wadhia.

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