Un estudio publicado en un prestigioso diario de EEUU demuestra cómo el entrelazamiento cuántico logra eficiencias de conversión de energía sin precedentes.
Investigadores chinos han logrado un hito histórico de la física cuántica y la tecnología, al desarrollar el primer motor cuántico, un mecanismo que utiliza el entrelazamiento cuántico como forma de “combustible, al cambiar de fase cuántica”, eliminando los límites de eficiencia de la termodinámica clásica.
Según Zhou Fei, uno de los autores y miembro de la Academia de Innovación de Ciencia y Tecnología de Medición de Precisión de la Academia China de Ciencias, sus experimentos dejan claro que el entrelazamiento actúa como un “combustible”, aunque el mecanismo por lo que esto ocurre es un misterio para la física.
El estudio publicado por la prestigiosa revista científica Physical Review Letters —de la Sociedad Americana de la Física— describe un motor cuántico que utiliza rayos láser para realizar la transición de partículas entre estados cuánticos, convirtiendo eficazmente la luz en energía cinética. Esto lo diferencia claramente de los motores tradicionales, que dependen de la combustión térmica para operar y por tanto están limitados por las leyes de la termodinámica.
10.000 experimentos lo demuestran
Según Zhou, “lo más destacado de nuestro estudio es la primera realización experimental de un motor cuántico con características entrelazadas. El estudio verificó cuantitativamente que el entrelazamiento cuántico puede servir como un tipo de “combustible”.
Este proceso, implica el uso de iones de potasio 40 ultrafríos confinados en una trampa de iones. Los investigadores diseñaron un ciclo termodinámico que transforma la energía láser externa en la energía vibratoria de los iones. Según Fei, “elegimos los estados enredados de dos iones giratorios como la sustancia de trabajo, con sus modos de vibración actuando como la carga. A través de ajustes precisos de la frecuencia, la amplitud y la duración del láser, los iones pasaron de sus estados puros iniciales a sus estados altamente entrelazados”.
Después midieron la eficiencia de conversión y la eficiencia mecánica usando más de 10.000 experimentos. La eficiencia de conversión es el número de vibraciones (fonones) producidas por bit de luz (fotones) utilizado. La eficiencia mecánica mide la producción de energía utilizable en comparación con la energía total producida. El equipo descubrió que, a más entrelazamiento de los iones, hubo una mayor eficiencia mecánica, aunque la eficiencia de conversión no se vio afectada por el nivel de entrelazamiento.
Aplicaciones prácticas
Sus aplicaciones prácticas serán el desarrollo de dispositivos de microenergía como motores cuánticos y baterías. El estudio sugiere que las propiedades de entrelazamiento pueden mejorar la máxima energía extraíble, allanando el camino para fuentes de energía más eficientes. Zhou afirma que estos motores cuánticos no servirán para mover una nave espacial o un tren pero sí para alimentar ordenadores y circuitos cuánticos a gran escala. El próximo paso, dice, es aumentar la masa de iones sin comprometer la fidelidad del estado de entrelazamiento para mejorar así la producción de energía. Eventualmente, afirman, el invento revolucionará cómo se alimentarán los ordenadores de nueva generación y abre la puerta a nuevas investigaciones que puedan expandir sus aplicaciones más allá de la electrónica.
No necesariamente todo tiene que estar sujeto a la termodinámica y se pueden encontrar formas más eficientes fuera de las leyes de la termodinámica.
¿Qué es el entrelazamiento cuántico?
Permite que dos partículas separadas, incluso a kilómetros de distancia, estén conectadas de una forma que la física clásica no puede explicar. Así, la medición de una propiedad física —como la polarización de un fotón— en una de ellas determinará lo observable en la otra, sin que existan señales físicas entre ambas.
Una vez más nos referimos a la superposición o conexión cuántica. Estos sistemas físicos o partículas cuánticas pueden permanecer unidos, conectados o entrelazados aun estando a grandes o ilimitadas distancias, sin ninguna conexión física.
Nota: Potasio 40, es un isótopo radioactivo de potasio que tiene un periodo de semidesintegración muy largo.
