Chegou o primeiro motor quântico. Pode lançar uma revolução

Mirijam Neve

O motor quântico comprime um gás composto por bosões e descomprime um gás de fermiões

Num estudo que promete ser revolucionário, uma equipa de cientistas criou o primeiro motor do mundo alimentado por mecânica quântica.

Ao contrário dos motores tradicionais, que dependem de princípios termodinâmicos que envolvem temperatura, pressão e volume, este novo motor recorre a propriedades da mecânica quântica para produzir trabalho.

O motor usa um gás capaz de alternar entre um condensado de Fermi, ou gás fermiónico, e um gás bosónico.

Estas duas categorias fundamentais de partículas diferenciam-se pelo seu spin, o seu momento angular intrínseco. Os fermiões têm valores fracionais de spin ((1/2, 2/3), enquanto os bosões têm spin com valores inteiros (0, 1, 2…).

Há uma segunda diferença importante entre estes dois tipos de partículas: os fermiões obedecem ao princípio de exclusão de Pauli, o que significa que dois fermiões não podem ocupar o mesmo estado quântico, levando-os a repelir-se mutuamente. Os bosões, no entanto, podem agrupar-se fortemente, formando um condensado de Bose-Einstein (BEC) quando arrefecidos.

Num novo estudo, apresentado num artigo publicado a semana passada na revista Nature, os investigadores utilizaram átomos de lítio ultra-frios e uma técnica chamada ressonância de Feshbach para criar um motor quântico.

No seu estado inicial, o sistema é um BEC com um pequeno volume, que mantém um pistão em baixo. Quando o BEC é convertido num gás fermiónico, o volume expande-se, impulsionando o pistão para cima.

“Para transformar fermiões em bosões, podemos pegar em 2 fermiões e combiná-los numa molécula. Esta molécula é um bosão. Desagregando-a, podemos recuperar os fermiões. Ao fazer isto ciclicamente, podemos alimentar o motor sem usar calor”, explica Thomas Busch, investigador do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa e co-autor do estudo, numa nota de imprensa do instituto.

A equipa de cientistas construiu mesmo um protótipo do motor quântico, que alcançou uma eficiência de 25%. Embora não seja tão eficiente como um motor de combustão convencional, que pode chegar até aos 40% de eficiência, oferece perspetivas promissoras.

“Embora estes sistemas possam ser altamente eficientes, só fizemos uma prova de conceito. Ainda há muitos desafios a superar até podermos vir a ter um motor quântico que seja útil”, explicou Keerthy Menon, co-autor do estudo.

Uma das limitações do modelo atual é a necessidade de temperaturas extremamente baixas, que exigem uma quantidade significativa de energia para a manter.

Os investigadores estão agora focados em melhorar a eficiência do seu motor quântico e explorar aplicações potenciais desta tecnologia quântica, que podem levar a novas formas de aproveitamento energético.

Não espere ter tão cedo um motor quântico no seu carro… mas a prova de conceito está feita.