Los físicos han luchado durante mucho tiempo con la “flecha del tiempo”: la observación de que en nuestra vida diaria el tiempo se mueve en una sola dirección, del pasado al futuro. Mientras que la física clásica sugiere que la mayoría de las leyes deberían funcionar tan bien hacia atrás como hacia adelante, la Segunda Ley de la Termodinámica dicta que los sistemas se mueven naturalmente hacia el desorden (entropía), creando una calle de un solo sentido para el tiempo.
Sin embargo, en el ámbito de la mecánica cuántica, las reglas cambian. Una nueva investigación sugiere que al manipular sistemas cuánticos, los científicos pueden “revertir” efectivamente la firma estadística del tiempo, convirtiendo potencialmente el acto de medición en una fuente de energía para baterías cuánticas.
Imitando la inversión del tiempo en el reino cuántico
En un sistema cuántico, la dirección del tiempo no se mide con un reloj, sino comparando medidas físicas con predicciones matemáticas. Cuando estas mediciones siguen un patrón estadístico específico, definimos que el sistema avanza “hacia adelante”.
Investigadores del Laboratorio Nacional de Los Álamos, dirigidos por Luis Pedro García-Pintos, han desarrollado un método para invertir este patrón. Al utilizar herramientas de control precisas, pueden contrarrestar los cambios que se producen durante una medición.
“Si la medición iba a hacer subir mi sistema, puedo hacer que baje”, explica García-Pintos. “Al contrarrestar las mediciones efectivas, podemos producir trayectorias que son más consistentes con el proceso hacia atrás que hacia adelante”.
Básicamente, el equipo no viaja literalmente en el tiempo; más bien, están realizando ingeniería inversa en la evolución del sistema para que se comporte como si estuviera funcionando al revés.
De la medición a la captación de energía
Este avance tiene importantes implicaciones para el desarrollo de baterías cuánticas y motores cuánticos en miniatura. En la mecánica cuántica estándar, el acto de medir un sistema (como comprobar el giro de un qubit) inyecta energía en ese sistema. Por lo general, esta energía se considera un efecto secundario o una alteración del delicado estado cuántico.
La nueva técnica cambia la relación entre medición y energía:
– Medición indirecta: Al medir una propiedad indirectamente, los investigadores pueden observar un qubit sin destruir su frágil estado.
– Manipulación por microondas: Utilizando señales de estas mediciones, los investigadores pueden aplicar pulsos de radiación de microondas para manipular el sistema.
– Redirección de energía: En lugar de permitir que la energía de medición se disipe o cause desorden, este método la redirige, utilizando efectivamente la medición como recurso termodinámico.
La verificación de la realidad termodinámica
Si bien el concepto de “invertir el tiempo” suena a ciencia ficción, no viola las leyes fundamentales de la física. Los expertos señalan que este proceso sigue estrictamente sujeto a las leyes de la termodinámica.
Mauro Paternostro, de la Queen’s University de Belfast, señala que reducir el desorden (invertir la flecha del tiempo) requiere un aporte externo de energía. Utiliza una analogía simple para explicar el costo:
Imagínese el dormitorio desordenado de un niño. Para reducir el desorden y “revertir” el desorden, debes esforzarte y gastar energía para limpiarlo.
En el experimento cuántico, la “limpieza” la realiza el mecanismo de control externo (los pulsos de microondas y las herramientas de control). La energía utilizada para impulsar la reversión es mayor o igual a la energía recolectada, lo que garantiza que la entropía general del universo aún aumente.
El camino por delante
Si bien la investigación supone un importante salto teórico y experimental, todavía no es una solución universal. La configuración actual es muy específica y está diseñada para entornos controlados, lo que significa que puede que no se pueda traducir fácilmente a todos los tipos de sistemas cuánticos del mundo real.
En resumen, al aprender a manipular la dirección estadística de los procesos cuánticos, los científicos han encontrado una manera de transformar el acto disruptivo de la medición en un método controlado para recolectar energía, allanando el camino para el futuro almacenamiento de energía cuántica.
