Por Tim Wogan
El siguiente
es un artículo publicado en physicsworld.com y especialmente traducido para el
UAPSG-GEFAI por Milton W. Hourcade
La energía se puede
trasladar a grandes distancias por teletransporte cuántico, según cálculos
hechos por un equipo de físicos en Japón. En tanto el teletransporte de energía
no es un concepto nuevo, se pensó que la cantidad de energía que podría ser
enviada decaería rápidamente más allá de cortas distancias. La nueva propuesta
quita esta limitación, permitiendo que la energía se pueda transferir mucho más
lejos. El equipo cree que la teoría se puede verificar en un aparato
semiconductor y que un teletransporte similar de energía podría haber ocurrido
a inicios del universo.
El teletransporte
cuántico es una destacable idea que primero fue propuesta por Charles Bennett y
colegas de IBM en 1992. Implicados partes, usualmente llamadas Alicia y
Roberto, que “teletransportan” un estado cuántico entre ambos. El esquema
permite a Alicia enviar información acerca de un desconocido estado cuántico a
Roberto, quien entonces es capaz de construir una copia perfecta de ese estado.
Para hacerlo, el par intercambió información clásica mientras comparte
partículas que están mecánicamente entrelazadas cuánticamente entre sí. Los físicos
desde entonces han sido capaces de teletransportar estados atómicos a
distancias de varios metros y estados de fotones a distancias mayores a los 100
kilómetros.
Si bien esta fórmula
de teletransporte cuántico no provee los medios para un intercambio de energía,
en 2008 Masahiro Hotta de la Universidad de Tohoku dio a conocer una teoría que
explica cómo la energía puede ser teletransportada. En la fórmula de Hotta,
Alicia envía a Roberto la información que él necesita para extraer energía del
vacío. Esta extracción es posible porque en la teoría del campo cuántico el
vacío no está exento de energía sino que contiene partículas virtuales que
continuamente borbotean y luego se desvanecen.
Vacío entrelazado
La idea de Hotta
surge del hecho de que puntos cercanos en el vacío cuántico están enlazados.
Esto significa que si Alicia y Roberto están cerca uno del otro, entonces
Alicia puede medir su campo local y usar el resultado de su medición para tener
información sobre el campo local de Roberto. Si Alicia entonces pasa esta
información a Roberto a través de un canal clásico (por ejemplo llamándole por
teléfono), Roberto puede usar la información para diseñar una estrategia para extraer energía
de su campo local. Esta energía siempre será menor que la que Alicia gastó en
hacer su medición original. Termodinámicamente, esto significa que Alicia puede
“teletransportar” energía a Roberto en la forma de información que él necesita
para extraer energía del vacío cuántico.
Lamentablemente, el
grado de entrelazamiento entre los campos locales de Alicia y Roberto decae
rápidamente con la distancia. Sin duda, la fracción de la energía que puso
Alicia y que Roberto recoge es inversamente proporcional a la sexta potencia de
su separación. Como resultado, el intercambio de significativas cantidades de
energía a través de distancias significativas sería extremadamente difícil en
la práctica.
En su último trabajo,
Hotta y colegas de la Universidad de Tohoku proponen una forma de soslayar esta
limitación usando estados de vacío exprimidos. Esos estados son idénticos al
estado de vacío en cualquier lugar excepto en la región entre Alicia y Roberto,
donde la densidad de la energía es más alta. El resultado es que el
entrelazamiento se puede mantener a lo largo de distancias más grandes. Sin duda, si se elige un estado exprimido
adecuado, los estados cuánticos locales de Alicia y Roberto pueden permanecer
entrelazados a través de una distancia arbitrariamente extensa.
Estados cuánticos Hall
Los investigadores
proponen que tales estados exprimidos podrían generarse en el laboratorio al
expandir de pronto la extensión del borde del camino viajado por electrones en
un estado cuántico Hall. El efecto
cuántico Hall se ve en finos semiconductores –esencialmente capas 2D— que son expuestos a un fuerte campo
magnético. Los electrones en un estado
cuántico Hall fluyen sin impedimentos en una dirección a lo largo del borde del
semiconductor y proveen un “canal de correlación cuántica” en el que ocurre el
entrelazamiento. Hotta dice que está actualmente trabajando con el miembro del
equipo Go Yusa para crear tal sistema en el laboratorio.
Hotta y colegas
también señalan que estados exprimidos han ocurrido temprano en la historia del
universo cuando el cosmos experimentó un breve período de rápida expansión,
calificado de inflación.
El experto en
información cuántica, Renato Renner de ETH Zurich está abierto a la idea de que
tal estado exprimido puede haberse creado durante una inflación cosmológica. No
está convencido, no obstante, de que el fenómeno se pueda aplicar al desarrollo
de aparatos electrónicos cuánticos. Señala que la energía tiene que expandirse
para crear estados exprimidos, lo que puede hacer que las aplicaciones
prácticas sean difíciles de lograr.
El trabajo está
descrito en Physical Review A.
Acerca del autor: Tim Wogan es un redactor científico
con sede en el Reino Unido.
NOTAS DEL TRADUCTOR
1 – He traducido “entanglement” como “entrelazamiento”
que es la acepción más usada.
2 – “Squeezed state”: no he encontrado mejor forma que traducirlo como
estado exprimido
3 - Efecto
Hall: (información de Wikipedia) Se conoce como efecto Hall a la aparición de un campo eléctrico
por separación de cargas, en el interior de un conductor por el que circula una
corriente en presencia de un campo magnético con componente perpendicular al
movimiento de las cargas. Este campo eléctrico (campo Hall) es
perpendicular al movimiento de las cargas y a la componente perpendicular del
campo magnético aplicado. Lleva el nombre de su primer modelador, el físico
estadounidense Edwin Herbert Hall (1855-1938).
4 – Capas 2D: capas bidimensionales
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