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Física de Materiais - UPE

Professor do curso de Física de Materiais publica dois artigos na Physical Review A sobre fundamentos da mecânica estatística quântica

O professor Dr. Gabriel Dias Carvalho, do curso de Física de Materiais da Escola Politécnica de Pernambuco da Universidade de Pernambuco (POLI-UPE), acaba de ter dois novos artigos científicos publicados na Physical Review A, periódico internacional da American Physical Society dedicado a pesquisas de destaque em física atômica, molecular, óptica e ciência quântica.

Os trabalhos foram desenvolvidos em colaboração com os pesquisadores Pedro S. Correia, da Universidade Estadual de Santa Cruz (UESC), e Thiago R. de Oliveira, da Universidade Federal Fluminense (UFF), e investigam questões fundamentais sobre como sistemas quânticos isolados podem apresentar comportamento térmico e como propriedades tipicamente quânticas, como coerência e emaranhamento, influenciam a emergência do equilíbrio.

No artigo “Necessity of entanglement for the typicality argument in statistical mechanics”, publicado como Letter na Physical Review A, os pesquisadores analisam o papel do emaranhamento quântico nos argumentos de tipicalidade da mecânica estatística. A tipicalidade é uma ideia central para compreender por que a maioria dos microestados compatíveis com determinadas condições macroscópicas apresenta comportamento de equilíbrio térmico. O estudo mostra que, quando o emaranhamento cresce com o tamanho do sistema, as flutuações de observáveis macroscópicos podem ser suprimidas de forma exponencial. Por outro lado, quando o emaranhamento permanece finito, recupera-se uma supressão típica de sistemas clássicos. O resultado estabelece uma conexão quantitativa entre a estrutura de emaranhamento e a emergência da tipicalidade, apontando em quais regimes o emaranhamento é essencial para a termalização e em quais ele deixa de ser necessário para justificar o equilíbrio em sistemas macroscópicos.

Já no artigo “Equilibration and the eigenstate thermalization hypothesis as limits to observing macroscopic quantum superpositions”, os autores investigam por que superposições quânticas macroscópicas, embora permitidas pela teoria quântica, são tão difíceis de observar na prática. Tradicionalmente, essa dificuldade é atribuída à interação inevitável dos sistemas com o ambiente externo, processo conhecido como decoerência. O novo trabalho mostra que, mesmo em sistemas perfeitamente isolados, a própria dinâmica unitária de sistemas quânticos de muitos corpos pode esconder as assinaturas observáveis de coerência macroscópica. Utilizando como exemplo estados do tipo GHZ, os pesquisadores demonstram que medições inicialmente capazes de distinguir uma superposição macroscópica de uma mistura clássica correspondente tornam-se, para a maior parte do tempo de evolução, operacionalmente indistinguíveis sob dinâmicas genéricas associadas à hipótese de termalização dos autoestados.

As duas publicações contribuem para uma linha de pesquisa em fundamentos da mecânica quântica e da mecânica estatística quântica, com impacto conceitual em temas como termalização, emergência do comportamento clássico, dinâmica de sistemas quânticos de muitos corpos e tecnologias quânticas. Ao investigar os limites entre o comportamento microscópico quântico e as descrições macroscópicas de equilíbrio, os trabalhos ajudam a esclarecer como leis estatísticas podem emergir a partir da evolução quântica de sistemas isolados.

As publicações reforçam a inserção do curso de Física de Materiais da UPE em pesquisas de fronteira em ciência quântica e consolidam a atuação de seus docentes em colaborações científicas nacionais voltadas a problemas fundamentais da Física contemporânea.

Conheça os artigos:

• Necessity of entanglement for the typicality argument in statistical mechanics, Physical Review A 113, L060202 (2026)

• Equilibration and the eigenstate thermalization hypothesis as limits to observing macroscopic quantum superpositions, Physical Review A 113, 062430 (2026)