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Cientistas exploram recursos de apagamento de informação quântica em novo estudo

Cientistas exploram recursos de apagamento de informação quântica em novo estudo

Publicado 4/17/2023, 9:52:47 PM, última modificação 4/17/2023, 9:56:09 PM
Docente da UTFPR-CP participa de pesquisa com integrantes de mais de 8 países

No processo de controle coerente uma quantidade de trabalho pode ser adicionada ao sistema para realização da operação (apagamento ou refrigeração), fazendo com que a complexidade do controle tenha que ser muito grande para garantir que a energia adicionada não seja absurdamente grande. Esta deve ser infinita para o apagamento total da informação, com o menor custo de energia, chamada cota de Landauer. No controle incoerente não há energia sendo adicionada ao sistema, o processo ocorre pelo fluxo de calor de um sistema quente para um frio, nesse caso a complexidade do controle é pequena, pois a interação será  apenas ligar e desligar a máquina, sendo assim a complexidade dos sistemas quente e frio tem que ser muito grande para que haja energia suficiente fluindo entre eles. Para um apagamento perfeito o banho quente deve ter temperatura infinita, e a menor energia trocada depende da eficiência da máquina, e é gerida pela equação derivada no estudo denominada cota de Carnot-Landauer.

Recentemente o professor Tiago Debarba da UTFPR-CP, do Departamento Acadêmico de Ciências da Natureza, em colaboração com pesquisadores de mais 8 países, publicou um artigo na revista Physical Review X - Quantum, da Sociedade Americana de Física (APS), intitulado: Landauer versus Nernst: Qual é o custo real de refrigeração de um sistema quântico? (originalmente: Landauer Versus Nernst: What is the True Cost of Cooling a Quantum System?).

No estudo os cientistas exploram os recursos necessários para o apagamento da informação codificada em bits quânticos (qubits) e traz novas perspectivas para o entendimento da relação entre processamento de informação e física. O estudo se concentra na comparação entre os princípios de Landauer e Nernst, que tratam dos custos termodinâmicos envolvidos na manipulação de informação e no resfriamento de sistemas quânticos, respectivamente.

Enquanto o princípio de Landauer estabelece que a manipulação irreversível de informação envolve a produção de uma pequena quantidade de calor, o princípio de Nernst estabelece que o resfriamento de um sistema quântico a zero absoluto é um processo que exige um custo infinito de trabalho. O estudo dos cientistas aponta para a necessidade de levar em conta um terceiro recurso: a complexidade do controle sobre as interações.

Segundo os pesquisadores, o apagamento (resfriamento) perfeito seria possível com recursos finitos de tempo e energia se houvesse um nível ilimitado de complexidade de controle. Criando assim um compromisso entre os recursos disponíveis para a realização de operações físicas em regime quântico, no âmbito da termodinâmica e da teoria de informação. A pesquisa, que explorou a controle como um recurso informativo e termodinâmico para sistemas quânticos, abre novas possibilidades para o desenvolvimento de tecnologias quânticas mais eficientes e sustentáveis.

Na oportunidade, parabenizamos o professor pelo trabalho desenvolvido!