Las baterías cuánticas podrían recolectar energía invirtiendo la flecha del tiempo
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Un método que pueda revertir el flujo del tiempo en los sistemas cuánticos algún día podría usarse para ayudar a cargar baterías cuánticas.
Para cada proceso que observamos en el universo, los eventos parecen ocurrir en una sola dirección, siguiendo una aparente flecha del tiempo. Pero la mayoría de las leyes y ecuaciones físicas funcionan ya sea que el tiempo avance o retroceda.
Los físicos tienen diferentes explicaciones de por qué existe una discrepancia entre la flecha del tiempo observada y el flujo bidireccional permitido. Por ejemplo, la segunda ley de la termodinámica dice que es más probable que los sistemas se desordenen a medida que pasa el tiempo, creando una dirección preferida del tiempo.
En el mundo cuántico, la flecha del tiempo se define de otra manera. Los procesos cuánticos, al igual que las leyes físicas clásicas, pueden realizarse en cualquier dirección, pero podemos definir una flecha del tiempo comparando nuestras mediciones de un sistema cuántico con nuestros cálculos de cómo debería cambiar un sistema cuántico con el tiempo. Cuando estos se alinean con un patrón estadístico particular, podemos decir que el sistema avanza en el tiempo.
Ahora, Luis Pedro García-Pintos del Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México y sus colegas han encontrado una manera de imitar esta firma estadística aplicando ingeniería inversa a los cambios que las mediciones realizan en un sistema cuántico y deshaciéndolos efectivamente, haciendo que al observador le parezca como si un sistema cuántico retrocediera en el tiempo.
“Aplicamos campos y herramientas de control en el sistema que pueden deshacer lo que está sucediendo debido a las mediciones”, dice García-Pintos. “Si la medición iba a hacer subir mi sistema, puedo hacer que vuelva a bajar. Debido a que podemos contrarrestar las mediciones efectivas, podemos producir trayectorias que son más consistentes con el proceso que ha sido hacia atrás que hacia adelante”.
Por ejemplo, el equipo sugiere que se podría manipular la flecha del tiempo en un qubit, el componente computacional de una computadora cuántica, midiendo una de sus propiedades, como su giro, pero de manera indirecta para evitar alterar el delicado estado cuántico del qubit, permitiendo medirlo constantemente a medida que cambia con el tiempo. Luego, esta señal se puede utilizar para calcular cómo cambiar el aspecto de la flecha del tiempo aplicando un pulso de radiación de microondas.
La técnica también podría permitir recolectar energía de sistemas cuánticos en los que hay que realizar mediciones, afirma García-Pintos, lo que algún día podría ser útil para aplicaciones como baterías cuánticas o motores cuánticos en miniatura. Esto se debe a que cada vez que se realiza una medición en un sistema cuántico, se inyecta energía en ese sistema.
Pero los cuidadosos ajustes realizados para imitar la cambiante flecha cuántica del tiempo pueden redirigir eficazmente esta energía y recolectarla para otros usos. “Como resultado, se obtiene energía”, dice García-Pintos. “Tienes un mecanismo en el que utilizas mediciones como recurso termodinámico”.
Es una idea inteligente, dice Mauro Paternostro de la Queen’s University de Belfast, Reino Unido, pero la configuración propuesta es específica y está diseñada de una manera que no se aplicará a muchos sistemas cuánticos reales.
También es importante entender que esto no viola la segunda ley de la termodinámica, dice Paternostro, porque hay que gastar energía para reducir el desorden del sistema. “Cuando entro en la habitación de mi hijo, es un desastre: hay pelotas aquí y allá, la ropa está distribuida por toda la habitación. Si hago trabajo, lo limpio y ordeno las cosas, eso reducirá el desorden en esa habitación, pero tuve que gastar algo de energía”, dice. “Eso es exactamente lo que muestran con su mecanismo de control externo”.
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