Relógio quântico de pêndulo supera limites de precisão

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/06/2026

Comparação entre o relógio mecânico de pêndulo tradicional e o projeto do novo relógio quântico de pêndulo.
[Imagem: Matteo Brunelli et al. - 10.1103/hb36-7m2r]

Relógio quântico de pêndulo

A família dos relógios atômicos ganhou mais um modelo, e um modelo retrô: Um relógio quântico de pêndulo.

Matteo Brunelli e colegas da Universidade da Basileia, na Suíça, fizeram um projeto usando apenas objetos quânticos para replicar os três elementos básicos de um relógio de pêndulo - o pêndulo, os pesos que movem o pêndulo por gravidade e o mecanismo de escape, que converte as oscilações em movimento e fornece pequenos impulsos para compensar o atrito.

É não apenas a primeira versão quântica completa de um relógio de pêndulo, como também é um relógio quântico autônomo, dispensando os lasers para controle, como os necessários para os melhores relógios atômicos existentes hoje.

E não é saudosismo: Além de quebrar um limite de precisão conhecido como "relação de incerteza termodinâmica", que limita muitos relógios quânticos autônomos anteriores, o funcionamento independente cria uma plataforma que permite estudar o que torna qualquer relógio quântico mais preciso, e mesmo estudar a própria natureza do tempo.

O panorama geral dos relógios quânticos inclui os tradicionais relógios atômicos, baseados em átomos inteiros, os mais precisos relógios nucleares, que usam apenas o núcleo de um átomo e, mais recentemente, os relógios atômicos ópticos.

Apesar de tanta precisão, a natureza essencial do tempo ainda é um enigma: Especificamente no reino quântico, emergem setas do tempo opostas e, há poucos dias, outra equipe precisou construir um miniuniverso em laboratório para demonstrar como o tempo emerge da natureza.

Princípio de funcionamento do relógio quântico de pêndulo.
[Imagem: Matteo Brunelli et al. - 10.1103/hb36-7m2r]

Autônomo e sem limite de precisão

O projeto do relógio quântico de pêndulo se baseia em uma cavidade com dois espelhos de frente um para o outro - um fixo e outro oscilante - e, entre eles, um átomo com três níveis de energia. Minúsculas flutuações de temperatura no ambiente fazem o átomo transitar entre os níveis de energia, e algumas transições são acompanhadas pela emissão de um fóton.

Esse fóton ricocheteia entre os espelhos, fazendo o espelho oscilante vibrar ligeiramente, de modo análogo aos pesos que põem o pêndulo de um relógio mecânico em movimento. O átomo funciona como mecanismo de escape, movendo-se repetidamente por seus estados de energia para garantir uma sequência estável de tique-taques.

A análise matemática da equipe mostrou que, se tudo for ajustado corretamente, o relógio quântico de pêndulo irá se estabilizar em um comportamento de tique-taque confiável, exatamente como um relógio de pêndulo clássico. "Assim que o fóton escapa da cavidade, a força mecânica restauradora traz a cavidade de volta à ressonância, favorecendo a injeção do próximo fóton na cavidade. Esse mecanismo autônomo e autorregulador pode alcançar oscilações mecânicas autossustentadas," escreveu a equipe.

A precisão do relógio de pêndulo quântico está relacionada ao seu grau de irreversibilidade, ou seja, quanto esforço seria necessário para fazê-lo funcionar para trás. A relação entre precisão e irreversibilidade obtida pela equipe é exatamente a que se acredita ser adequada para uma medição de tempo precisa, superando o limite da relação de incerteza termodinâmica que restringia os projetos anteriores.

Agora é só esperar que alguém siga o projeto, construa o relógio de pêndulo quântico na prática, e verifique se todos os cálculos feitos pela equipe estão corretos.

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