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A team at City University of Hong Kong set out to prove that a certain kind of energy transfer could not work. It ended up finding a quantum way to make it work. Led by Oscar Dahlsten, associate professor in the Department of Physics, the group reports the result in Physical Review Letters, where the paper is titled "Nonunique Decompositions of Mixed States and Deterministic Energy Transfers".
Uma equipa da Universidade da Cidade de Hong Kong pretendia provar que um certo tipo de transferência de energia não podia funcionar. Acabou por encontrar uma forma quântica de a fazer funcionar. Liderado por Oscar Dahlsten, professor associado do Departamento de Física, o grupo apresenta o resultado na Physical Review Letters, onde o artigo tem o título «Nonunique Decompositions of Mixed States and Deterministic Energy Transfers».
Energy from natural sources often arrives with entropy, the physicists' word for randomness. That randomness is the problem: it makes the output hard to predict, and hard to turn into the steady power needed to charge a battery or run an electronic device. The study argues that a particular feature of quantum theory, the fact that a mixed state can be decomposed in more than one way, allows deterministic energy harvesting, or DEH. In this scheme, energy passes from source to harvester with no matching transfer of entropy.
A energia proveniente de fontes naturais chega frequentemente acompanhada de entropia, a palavra que os físicos usam para designar a aleatoriedade. É essa aleatoriedade que é o problema: torna o resultado difícil de prever e difícil de converter na potência estável necessária para carregar uma bateria ou alimentar um dispositivo eletrónico. O estudo defende que uma característica particular da teoria quântica, o facto de um estado misto poder ser decomposto de mais do que uma forma, permite a recolha determinística de energia, ou DEH. Neste esquema, a energia passa da fonte para o recolhedor sem uma transferência correspondente de entropia.
The mechanism works like this. A quantum harvester can be charged along several paths, each passing through a different intermediate superposition state, a combination of states that quantum theory allows at once. As long as the source drives the harvester into one of those transitions, the harvester reaches its charged state with certainty. Different source states could therefore, the authors argue, deliver energy in a predictable way.
O mecanismo funciona assim. Um recolhedor quântico pode ser carregado por vários caminhos, cada um passando por um estado de sobreposição intermédio diferente, uma combinação de estados que a teoria quântica permite em simultâneo. Desde que a fonte leve o recolhedor a uma dessas transições, o recolhedor atinge o seu estado carregado com certeza. Estados diferentes da fonte poderiam, segundo os autores, fornecer energia de forma previsível.
"We initially set out to show that such a protocol might be impossible," Dahlsten said. "To our surprise, our efforts led us to a quantum solution that could achieve exactly the deterministic energy transfer we were looking for."
«Inicialmente, procurávamos demonstrar que um protocolo deste tipo poderia ser impossível», afirmou Dahlsten. «Para nossa surpresa, os nossos esforços levaram-nos a uma solução quântica capaz de alcançar exatamente a transferência determinística de energia que procurávamos.»
The result is a theoretical foundation, not a device. The preprint appeared on arXiv in 2025 and the journal version in 2026, and the study describes no prototype and no measurement. The team gives no date for a working component, and the step from equations to hardware is not described. The authors present the framework as a route to converting ambient energy into usable power with minimal loss.
O resultado é um fundamento teórico, não um dispositivo. O preprint surgiu no arXiv em 2025 e a versão publicada na revista em 2026, e o estudo não descreve qualquer protótipo nem medição. A equipa não avança qualquer data para um componente funcional, e o caminho das equações até ao hardware não é descrito. Os autores apresentam o quadro teórico como uma via para converter energia ambiente em energia utilizável com perdas mínimas.
For the devices the authors name, the framework is aimed at internet of things sensors, wearables, smart-city sensors and 6G devices that could draw power from ambient sources. The framework also points to a possible way to cut the fundamental losses of conventional AC-to-DC rectifiers, the circuits that turn the alternating current of the grid or of a radio signal into the direct current electronics use. Whether that gain holds outside a paper is the next test, and no timeline has been set for it.
Nos dispositivos que os autores mencionam, o quadro teórico destina-se a sensores da Internet das coisas, dispositivos vestíveis, sensores de cidades inteligentes e equipamentos 6G que poderiam retirar energia de fontes ambiente. O trabalho aponta também uma possível forma de reduzir as perdas fundamentais dos retificadores CA-CC convencionais, os circuitos que convertem a corrente alternada da rede ou de um sinal de rádio na corrente contínua utilizada pela eletrónica. Saber se esse ganho se mantém fora do papel é o próximo teste, e ainda não há qualquer calendário definido para isso.