Investigadores japoneses demuestran que, en contra de lo que se creía hasta ahora, es posible mover energía a grandes distancias a través de la teleportación cuántica.
Cuando se habla de teleportación, o teletransporte, los científicos suelen referirse a la posibilidad de trasladar instantáneamente determinadas propiedades de la materia de un lugar a otro. Ahora, un grupo de investigadores japoneses acaba de demostrar que, en contra de lo que se creía hasta el momento, es perfectamente posible mover también energía a muy largas distancias por medio de la teleportación cuántica.
No se trata de un concepto nuevo, pero siempre se había pensado que la cantidad de energía que puede ser transmitida de esta forma se disiparía tras recorrer una breve distancia. Sin embargo, el equipo de la Universidad de Tokohu dirigido por Masahiro Hotta ha demostrado que la teleportación cuántica de energía puede funcionar, sin pérdidas, incluso a distancias muy largas. El equipo cree que su idea puede demostrarse en un dispositivo semiconductor y, aún más, que un proceso similar a la teleportación de energía podría haber ocurrido de forma natural al principio de la existencia del Universo.
La idea de la teleportación cuántica fue propuesta por primera vez en 1992 por el científico de IBM Charles Bennett. Se basaba en la idea de que dos hipotéticos individuos, llamados Alice y Bob, eran capaces de “teletransportar” un estado cuántico entre uno y otro. Según el esquema tradicional, Alice puede enviar a Bob información sobre un estado cuántico determinado, de forma que Bob sea capaz de roconstruir una copia perfecta de ese estado. Para hacerlo, ambos intercambian información clásica al mismo tiempo que comparten parejas de partículas que están entrelazadas cuánticamente. El entrelazamiento cuántico es una extraña propiedad de la materia que permite que dos partículas entrelazadas “conozcan” de forma instantánea cuál es el estado de la otra, sin importar la distancia que las separe. Esta especie de comunicación instantánea se produce tanto si las dos partículas están en la misma habitación o en extremos opuestos del Universo. Hasta ahora, y aprovechando ese principio, científicos de todo el mundo han experimentado con la “teleportación cuántica” de fotones y otras partículas, llegando a cubrir distancias de más de cien kilómetros.
Sin embargo, y a pesar de que la teleportación cuántica no proporciona medio alguno para intercambiar energía, ya en 2008 Masahiro Hotta anunció una forma en que también la energía podría teletransportarse. En el esquema de Hotta, Alice enviaría a Bob la información que necesita para que éste extraiga energía del vacío. Dicha extracción es teóricamente posible, ya que en la teoría cuántica de campos el vacío no es tal. De hecho, está lleno de energía, en forma de partículas virtuales que burbujean contínuamente, apareciendo y desapareciendo a cada instante.
La idea de Hotta parte del hecho de que, igual que los pares de partículas, también los puntos cercanos entre sí del vacío cuántico están entrelazados. Lo cual significa que si Alice y Bob están cerca el uno del otro, entonces Alice debería ser capaz de tomar una medida de su campo local y usar el resultado de esa medida para obtener información acerca del campo local de Bob. Si entonces Alice pasa la información a Bob a través de un canal clásico (por ejemplo, llamándole por teléfono), Bob podría usar esa información para extraer energía de su campo local. Dicha energía sería siempre menor de la que gastó Alice para tomar las medidas iniciales. Desde el punto de vista de la Termodinámica, esto significa que Alice puede “teleportar” energía a Bob bajo la forma de la información que necesita para extraer energía del vacío cuántico en el que se encuentra.
Por desgracia, el grado de entrelazamiento entre los campos locales en los que se encuentran Alice y Bob decae muy rápidamente a medida que aumenta la distancia entre ellos. De hecho, la fracción de la energía de entrada de Alice que Bob puede recuperar es inversamente proporcional a la sexta potencia de la distancia que media entre los dos. De modo que, en la práctica, sería extremadamente difícil intercambiar una cantidad significativa de energía a grandes distancias.
Estados comprimidos
Pero en su último trabajo, recién aparecido en ArXiv, Hotta y sus colegas de la Universidad de Tohoku proponen un modo de evitar esta limitación, utilizando lo que llaman “estados de vacío comprimidos”. Dichos estados son idénticos a los estados del vacío que se pueden encontrar en cualquier parte, excepto para la región que está justo entre Alice y Bob, donde la densidad de energía es mucho mayor. El resultado es que el entrelazamiento puede mantenerse incluso a distancias mucho mayores. En efecto, si se elige el “estado de vacío comprimido” adecuado, los estados cuánticos de Alice y Bob podrían permanecer entrelazados sin importar cual sea la distancia que les separa.
Los investigadores proponen que estos “estados comprimidos” pueden ser creados en laboratorio por medio de la súbita expansión de la logitud de la trayectoria recorrida por un flujo de electrones en un campo Hall cuántico. El efecto Hall cuántico puede observarse en capas ultrafinas de materiales semiconductores sometidas a un intenso campo magnético. Los electrones en un estado Hall cuántico fluyen sin obstáculos en una dirección alrededor del borde del semiconductor y forman un “canal de correlación cuántico” en cuyo interior es posible el entrelazamiento. Hotta trabaja actualmente con su equipo para crear este dispositivo en su laboratorio.
Hotta y sus colegas sostienen también que estos “estados comprimidos” tuvieron lugar de forma natural en los primeros momentos de la historia del Universo, durante el periódo de rápida expansión que la Ciencia conoce como “inflación” y durante el cual el Universo multiplicó su tamaño en un tiempo muy breve. La duda está ahora en saber si es posible aplicar la inflación al desarrollo de dispositivos electrónicos como el que Hotta quiere construir. Lo veremos dentro de poco, cuando el investigador publique sus próximos trabajos…
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