China 'rompe' las leyes de la termodinámica con el primer motor cuántico

Investigadores chinos han desarrollado el primer motor cuántico del mundo, un mecanismo que utiliza el entrelazamiento cuántico como forma de ‘combustible’, eliminando completamente los límites de eficiencia de la termodinámica clásica.

Según afirma 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.

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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, como se detalla en el estudio, 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

Según los científicos, la importancia de esta investigación no es sólo teórica. 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.