Físicos diseñan termómetro para medir ‘cuantumnidad’

En un mundo donde la física parece sencilla en su formulación, el segundo principio de la termodinámica se presenta como uno de sus pilares más comprensibles: el calor siempre se desplaza desde los cuerpos más calientes hacia los más fríos. Sin embargo, un nuevo enfoque sobre este tema ha revelado que la comprensión de esta ley podría ser más compleja de lo que se pensaba.

El físico brasileño Alexssandre de Oliveira Jr., en una conversación casual, nos invita a reflexionar sobre un ejemplo cotidiano: una taza de café caliente y una jarra de leche fría. La intuición nos dice que, al unir estos dos elementos, el calor fluirá del café a la leche, tal como Rudolf Clausius predijo en 1850. Pero, intrigantemente, de Oliveira nos introduce en un terreno donde las leyes de la mecánica cuántica desafían esta noción, permitiendo que el calor fluya en dirección opuesta, de lo frío a lo caliente, en ciertas circunstancias.

No se debe pensar que este fenómeno anula la segunda ley de la termodinámica. Más bien, la formulación clásica de Clausius puede considerarse como un límite de una interpretación más amplia, que ahora incluye dimensiones cuánticas.

Desde hace más de dos décadas, los físicos han examinado esta versión cuántica de la segunda ley, buscando comprender sus implicaciones. Recientemente, de Oliveira, como investigador postdoctoral en la Universidad Técnica de Dinamarca, junto con su equipo, ha demostrado que el fenómeno de flujo de calor anómalo a escala cuántica puede ser aprovechado de maneras innovadoras.

Este flujo de calor inusual podría servir como un método eficaz para detectar la “cuantización” de los sistemas. Esto incluye la capacidad de identificar cuando un objeto se encuentra en una superposición cuántica de estados observables o cuando dos objetos están entrelazados, compartiendo estados interdependientes. Lo fascinante de esta técnica es que permite obtener esta información sin interrumpir las delicadas propiedades cuánticas en juego.

Esta herramienta diagnóstica podría ser crucial para validar que una computadora cuántica realmente aprovecha recursos cuánticos en sus cálculos. Además, podría tener aplicaciones más amplias, contribuyendo a la comprensión de aspectos cuánticos de la gravedad, uno de los grandes retos de la física moderna.

Los investigadores sugieren que, al conectar un sistema cuántico a otro que pueda almacenar información y a un sumidero térmico robusto, se puede potenciar el flujo de calor hacia este último, superando así los límites clásicos. Al medir la temperatura del sumidero, sería posible inferir la existencia de superposición o entrelazamiento en el sistema cuántico.

Este desarrollo no solo amplía nuestra comprensión acerca de la termodinámica y la mecánica cuántica, sino que también promete revolucionar el campo de la computación cuántica y la investigación relacionada con la gravedad, abriendo nuevas avenidas para la ciencia en el futuro.

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