Pesquisadores da Universidade Normal de Qufu (China), da Universidade de Hong Kong e da Universidade de Palermo (Itália) desenvolveram um motor quântico de calor capaz de produzir trabalho e refrigeração simultaneamente. O estudo foi publicado na Physical Review Letters e combina demonstração teórica e experimental do fenômeno.
O ponto de partida foi a observação de um efeito térmico anômalo: um sistema quântico absorvendo calor de reservatórios térmicos mais frios. Esse comportamento contraria o princípio clássico pelo qual o calor flui naturalmente de regiões mais quentes para regiões mais frias até que o equilíbrio térmico seja atingido — princípio que fundamenta tecnologias que vão de geladeiras a usinas de energia.
“A ideia central do nosso artigo é que, no mundo quântico, dois processos térmicos podem ocorrer em uma superposição de ordens diferentes. Isso cria um fluxo de calor incomum, permitindo que o motor extraia energia de um ambiente mais frio de uma forma que não seria possível classicamente”, declarou Man.
Com base no fluxo de calor anômalo identificado, os pesquisadores projetaram um motor Otto quântico — dispositivo que converte calor em trabalho útil. Diferentemente dos motores Otto convencionais, o dispositivo opera um ciclo Otto quântico que gera trabalho útil e fornece refrigeração ao mesmo tempo. Realizar as duas funções normalmente exigiria dois dispositivos separados e distintos.
Tanto o fluxo anômalo quanto o motor foram realizados experimentalmente em uma plataforma fotônica. Segundo Man, os resultados confirmaram integralmente as previsões teóricas da equipe.
Giulio Chiribella, coautor do artigo, destacou três contribuições do trabalho. A primeira foi a identificação de uma nova forma de fluxo de calor anômalo, demonstrando que a coerência quântica pode alterar fundamentalmente a maneira como o calor é trocado entre sistemas.
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