Em laboratório, duas medições extraem trabalho de informação oculta

Imagine uma partícula retida por um feixe de laser fortemente focado, a vibrar num líquido que não é água, mas uma rede densa de estruturas microscópicas semelhantes a esparguete que se reorganiza à sua volta. É este o palco que os físicos da Universidade de Constança e do Instituto Max Planck para a Dinâmica e Auto-Organização, em Göttingen, montaram para testar, de uma nova forma, uma velha ideia.

O demónio de Maxwell é um guardião microscópico imaginário, introduzido há mais de 150 anos, que usa informação sobre as moléculas para as separar: abre uma pequena porta às moléculas rápidas num sentido e às lentas no outro, e um compartimento aquece enquanto o outro arrefece. O paradoxo aparente foi resolvido ao reconhecer que a informação é um recurso físico que pode ser convertido em trabalho. Esta ideia alimentou o interesse nos motores de informação, máquinas microscópicas alimentadas pela informação e não por diferenças de temperatura.

O problema é que nenhum demónio dispõe de informação completa. Mesmo para uma única partícula, a posição e a velocidade não podem ser medidas com precisão perfeita. E nos fluidos onde se espera que as máquinas microscópicas funcionem, como as soluções de polímeros e os fluidos biológicos, a microestrutura interna molda o movimento da partícula, mantendo-se fora do alcance. À medida que a partícula se desloca, deforma a rede, e a rede resiste. A partícula pode ser seguida com precisão, mas a dinâmica interna da rede não pode ser observada diretamente, pelo que parte da informação necessária para o controlo ótimo permanece oculta e o trabalho extraível diminui.

Os investigadores recuperam parte dessa informação oculta com uma dupla medição: registam a posição da partícula duas vezes, separadas por um atraso de tempo controlado. Comparar os dois instantâneos dá informação indireta sobre o estado do meio envolvente, alargando o conhecimento do demónio para além de um único momento. Ajustando o atraso, a equipa mostra que a energia armazenada nessa dinâmica oculta pode ser aproveitada e convertida em trabalho útil. Em condições adequadas, a dupla medição permite extrair mais trabalho do que uma medição única. A reportagem não indica qualquer valor para esse ganho.

Por agora, o trabalho é um passo rumo a motores de informação microscópicos cíclicos, que poderiam funcionar sem diferença de temperatura nem qualquer outro gradiente de energia à escala macroscópica. Isto é especialmente relevante às escalas mais pequenas, onde é cada vez mais difícil manter gradientes térmicos estáveis. Os beneficiários seriam as máquinas microscópicas que se espera que funcionem em fluidos complexos, desde que o princípio passe de uma partícula retida num líquido de laboratório para um dispositivo em funcionamento. A reportagem não indica qualquer calendário para isso, e a experiência em si é uma demonstração, não uma máquina.