LA ENERGÍA PUEDE SER TELETRANSPORTADA A GRANDES DISTANCIAS, DICEN LOS FÍSICOS



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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