- Un nuevo método permite medir el 'cuanticidad' de un sistema.
- Detecta entrelazamiento cuántico sin destruirlo.
- Podría usarse para verificar ordenadores cuánticos y explorar la gravedad cuántica.
Un equipo de físicos ha desarrollado un ingenioso método para medir la 'cuanticidad' de un sistema cuántico, una medida de sus propiedades intrínsecamente cuánticas como la superposición o el entrelazamiento. Este avance, que utiliza un flujo de calor anómalo, permite detectar estos fenómenos sin destruirlos, un obstáculo significativo en la investigación cuántica. La investigación demuestra la profunda conexión entre la termodinámica y la información, sugiriendo que el calor y la energía están intrínsecamente ligados a lo que podemos conocer sobre los sistemas físicos.
Detectando el entrelazamiento cuántico sin destruirlo
El segundo principio de la termodinámica, que establece que el calor fluye espontáneamente de cuerpos más calientes a más fríos, se ve matizado por la mecánica cuántica. En ciertos casos, las leyes cuánticas pueden invertir este flujo, de frío a caliente. Este fenómeno, conocido como 'flujo de calor anómalo', no invalida la segunda ley, sino que representa un límite clásico de una formulación más completa. Ahora, investigadores han demostrado que este flujo anómalo puede servir como una herramienta para detectar la 'cuanticidad', como la superposición de estados o el entrelazamiento entre objetos cuánticos. La clave reside en medir el calor absorbido por un tercer sistema, actuando como disipador.
El papel de la información en la termodinámica
La conexión entre la termodinámica y la información se remonta a James Clerk Maxwell y su famoso 'demonio'. Este ser hipotético podía, en teoría, violar la segunda ley al ordenar moléculas basándose en la información que poseía. Sin embargo, se demostró que el acto de almacenar y borrar información genera entropía, compensando cualquier ganancia. En el contexto cuántico, el entrelazamiento permite procesar información de maneras no clásicas. Cuando los objetos cuánticos están entrelazados, sus estados son interdependientes, y esta correlación puede ser utilizada como un recurso.
Aplicaciones prácticas y futuras exploraciones
La capacidad de medir la 'cuanticidad' sin destruir los delicados estados cuánticos tiene implicaciones significativas. Podría ser crucial para verificar que los ordenadores cuánticos están realmente utilizando recursos cuánticos para sus cálculos. Además, abre la posibilidad de explorar aspectos cuánticos de la gravedad, uno de los grandes desafíos de la física moderna. El método propuesto es relativamente simple: conectar un sistema cuántico a un segundo sistema que almacene información y a un disipador de calor. Al medir la energía en el disipador, se puede inferir la presencia de superposición o entrelazamiento en el sistema original.
Un termómetro para la cuántica
Este nuevo esquema funciona como un termómetro para la 'cuanticidad'. A diferencia de las mediciones directas, que a menudo destruyen los fenómenos cuánticos, este método utiliza un intermediario (la memoria cuántica) que se entrelaza tanto con el sistema de interés como con el disipador de calor. Esto permite que el entrelazamiento del sistema cuántico se convierta en calor adicional en el disipador, sin afectar directamente al sistema. Este proceso es análogo a 'quemar' las correlaciones cuánticas para obtener información. Investigadores ya están discutiendo la implementación experimental de esta idea, potencialmente utilizando moléculas con espines atómicos como qubits.