Científicos realizan una investigación que al observar el «demonio de Maxwell», detectan una forma de obtener una energía alta y baja al mismo tiempo de las partículas.
El demonio de Maxwell es el nombre de una criatura imaginaria ideada en 1867 por el físico escocés James Clerk Maxwell como parte de un experimento mental diseñado para ilustrar la segunda ley de la termodinámica.
Resulta que el demonio de Maxwell apuntaba a una conclusión que se adelantaba por mucho a su tiempo: que la energía y la información están íntimamente conectadas.
Si sabías dónde estaba cada una de las partículas del Universo con exactitud en ese momento, podías calcular dónde iban a estar en cualquier momento futuro.
El físico es recordado hoy en día más que todo por dos cosas que hizo en 1860:
- Mostró que la luz es una onda de campos eléctricos y magnéticos viajando por el espacio
- Comprendió cómo los movimientos de átomos y moléculas individuales, a escalas demasiado pequeñas para verlos, producían las leyes que gobernaban el movimiento del calor a escala cotidiana.
En esas leyes radicaba la ciencia llamada termodinámica, que fue ideada a principios del siglo XIX para explicar cómo funcionaban los motores de la Revolución industrial.
La primera ley de la termodinámica dice que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.
La teoría de Maxwell sobre los gases ayudó a explicar la segunda ley, que establece qué transformaciones de la naturaleza pueden ocurrir.
El calor siempre fluye de caliente a frío: nuestra taza de café siempre se enfría, no se calienta.
Sin embargo, el físico sabía que era posible que acciones diminutas tuvieran un gran efecto: entre más caliente estaba algo, más rápido se estaban moviendo sus moléculas.
Sin embargo, el físico sabía que era posible que acciones diminutas tuvieran un gran efecto: entre más caliente estaba algo, más rápido se estaban moviendo sus moléculas.
Esta pequeña bestia se podría sentar junto a una diminuta puerta en la puerta que divide una caja llena de gas en dos. Cada vez que una molécula se acerca a alta velocidad en el compartimento A, la deja pasar; cada vez que viene una lenta del compartimento B, la deja pasar. Así, acumularía las moléculas con mucha energía -gas caliente- en el compartimento B y el gas frío en el A.
Sería como construir un horno al lado de un refrigerador sin utilizar energía.
Al final, de un gas que empezó teniendo la misma temperatura, Maxwell creó una mitad fría y una caliente.
Su experimento mental parecía indicar que sólo teniendo la información necesaria, podías crear orden en el desorden. Eso era opuesto a lo que la segunda ley de termodinámica plantea.
La ciencia del siglo XIX había mostrado claramente que el desorden siempre aumentaría: las cosas estaban destinadas a derrumbarse.
Sin embargo el demonio parecía indicar que podías volverlas a su forma original, sin gastar nada de energía.
El físico ideó la hipótesis de que las partículas de gas en dos cajas adyacentes podían ser filtradas por un demonio que operaba con una pequeña puerta, que permitía que solo partículas de energía rápida pasaran en una dirección y partículas de baja energía de manera opuesta dando como resultado que una caja gane una energía media más alta que la otra, lo que crea una diferencia de presión. Así, aunque el gas estaba inicialmente en equilibrio, el demonio puede crear una situación de no equilibrio y extraer energía, pasando por alto la segunda ley de la termodinámica. Para Maxwell, esta situación de no equilibrio podría usarse para obtener energía, no muy diferente a la energía obtenida cuando se libera el agua almacenada detrás de una presa.
Un equipo de investigación internacional, liderado por la Universidad de Exeter (Reino Unido), han utilizado circuitos superconductores para llevarlo a la vida. El equipo no solo observó directamente la energía ganada por primera vez, sino que también rastreó cómo se almacena la información en la memoria del demonio.
Los científicos reproducieron el demonio de Maxwell en forma de una cavidad resonante que extraía información y energía de un cúbit (bit cuántico) superconductor. Gracias a un alto control de los circuitos superconductores, los físicos han podido estudiar en detalle el procedimiento y la información guardados en la memoria del demonio.
Según una de las autoras del estudio, Janet Anders, de la Universidad de Exeter (Reino Unido), “la información sobre las propiedades de las partículas permanece almacenada en la memoria del demonio y conlleva un coste energético que reduce la ganancia de energía del demonio hasta convertirla en nula, resolviendo así la paradoja. El hecho de que el sistema se comporte según la mecánica cuántica significa que la partícula puede tener una energía alta y baja al mismo tiempo, y no solo una sola de estas opciones, como consideró Maxwell”. Asimismo, al leer la mente del demonio, los científicos han podido observar cómo la información cuántica interactúa con la termodinámica, y esperan que este nuevo demonio de Maxwell pueda ser aplicado fácilmente usando tecnología existente.
En el futuro, también planean investigar aplicaciones potenciales para la computación cuántica. A este respecto, la compañía canadiense D-wave ha anunciado el inicio de ventas de su nueva computadora cuántica y reveló el nombre del primer comprador de su sistema. El primer D-Wave 2000Q (de 2000 qubits o bits cuánticos) fue adquirido por la empresa Temporal Defense Systems Inc. especializada en seguridad cibernética. El dispositivo amplía la gama de computadoras de la empresa de este tipo. Entre sus posibles aplicaciones se anuncia una variedad de problemas de optimización, ciberseguridad y aprendizaje automático.