Uma equipa de Oxford descobre que o verdadeiro consumo de energia dos relógios quânticos é simplesmente a sua leitura

Na física, a contagem do tempo é a base de tudo, desde o GPS às experiências com partículas, e os relógios quânticos são supostamente o futuro ultra-preciso dessa história.

No entanto, uma nova investigação levada a cabo por cientistas da Universidade de Oxford sugere que, em escalas muito pequenas, a fatura energética elevada não resulta da utilização do relógio, mas da sua medição. Além disso, a equipa argumenta que isto muda a forma como pensamos sobre a termodinâmica do tempo.

Custo oculto num relógio quântico

Como parte do estudo, os investigadores construíram um pequeno relógio quântico baseado em eletrões individuais que saltam entre duas regiões à escala nanométrica, uma configuração conhecida como ponto quântico duplo. Cada salto funciona como um relógio, permitindo-lhes medir o tempo através de eventos quânticos individuais, em vez de pêndulos oscilantes ou átomos vibrantes.

Mas o mais importante é que não só observaram o funcionamento do dispositivo, como também registaram a quantidade de entropia (energia perdida sob a forma de calor) produzida pelo mecanismo do relógio e pela eletrónica utilizada para o ler. Encontraram um enorme desequilíbrio: o hardware de medição, que converte os delicados sinais quânticos em dados clássicos, consumiu até mil milhões de vezes mais energia do que o próprio relógio.

A principal autora do estudo, a Professora Natalia Ares, resumiu a situação quando disse: "Esperava-se que os relógios quânticos que funcionam às escalas mais pequenas reduzissem o custo energético da cronometragem, mas a nossa nova experiência revela uma reviravolta surpreendente. "Em vez disso, nos relógios quânticos, os tiques quânticos ultrapassam de longe os do próprio mecanismo do relógio".

Porque é que medir o tempo é tão caro?

A equipa utilizou dois esquemas de deteção diferentes: um que captava pequenas correntes eléctricas e outro que utilizava ondas de rádio para converter cada salto de electrões num sinal clássico utilizável. Em ambos os casos, os componentes electrónicos adicionais que amplificam e registam os tiques ultrapassaram largamente o modesto custo termodinâmico do dispositivo quântico responsável pela sua produção.

O coautor do estudo, Vivek Wadhia, acrescentou: "Os nossos resultados sugerem que a entropia produzida pela amplificação e medição dos tiques do relógio, que tem sido frequentemente ignorada na literatura, é o custo termodinâmico mais importante e fundamental da cronometragem à escala quântica".

Acrescentou que o próximo passo é encontrar formas de tornar estes sistemas à escala nanométrica muito mais eficientes, para que possam calcular e manter o tempo de forma mais semelhante aos sistemas biológicos ou naturais.

A seta do tempo e a tecnologia quântica do futuro

Para além da engenharia, o trabalho aprofunda as questões sobre a razão pela qual o tempo parece fluir apenas numa direção. A irreversibilidade (processos que não podem ser rebobinados) está ligada à entropia, e o estudo sugere que é o ato de observação que torna a contagem do tempo quântico verdadeiramente unidirecional.

Florian Meier, coautor da investigação, afirmou: “Ao demonstrar que é o ato de medir, e não apenas o tiquetaque em si, que dá ao tempo a sua direção, estas novas descobertas estabelecem uma ligação poderosa entre a física da energia e a ciência da informação”.

Referência da notícia

Costos entrópicos de extracción de tics clásicos de un reloj cuántico, publicada en Physical Review Letters, noviembre de 2025.