Físicos han descubierto un truco cuántico para alcanzar el cero absoluto: ScienceAlert
El estado de perfecta quietud conocido como cero absoluto es uno de los logros imposibles del universo. Lo más cerca posible, las leyes de la física siempre evitarán que toquemos fondo térmico.
Un equipo internacional de investigadores acaba de identificar una nueva forma teórica de alcanzar la mítica marca de cero Kelvin, o -273,15 grados Celsius (-459,67 grados Fahrenheit). No, no es más probable que infrinja la ley y elimine incluso el más mínimo resplandor de calor, pero el entorno podría inspirar nuevas formas de explorar la materia a baja temperatura.
como consecuencia de la tercera ley de la termodinámica, eliminar incrementos de energía térmica de un grupo de partículas para enfriarlas hasta el cero absoluto siempre requerirá un número infinito de pasos. Como tal, requiere una cantidad infinita de energía para lograrlo. Todo un desafío.
La física clásica hace que esto sea relativamente obvio. Visto en el contexto de la física cuántica, sin embargo, el problema comienza a verse un poco diferente.
La física cuántica describe las partículas según una gama de posibilidades. Solo una vez que se mide una característica, tiene un estado concreto, e incluso entonces otras cualidades de la partícula se vuelven un poco menos seguras. Una partícula en el punto teórico del cero absoluto no tendría movimiento, lo que significa que su posición sería segura. Los detalles cuánticos con respecto a su posición anterior se borrarían efectivamente, eliminando la información.
Entrar principio de Landauerque establece que borrar información requiere una cantidad mínima y finita de energía.
¿Significa eso que hay un truco cuántico para llegar a cero después de todo?
Hay dos soluciones a la paradoja. Todavía se podría necesitar una cantidad infinita de tiempo o energía para dar este salto. O, según la nueva investigación, requeriría la eliminación de una cantidad infinita de complejidad.
Es esta nueva revelación del papel de la complejidad lo que presenta un nuevo ángulo en la búsqueda de un camino hacia el cero absoluto, incluso si es una solución casi imposible con la que ya han trabajado los científicos.
«Hemos descubierto que es posible definir sistemas cuánticos que permitan alcanzar el estado fundamental absoluto incluso con energía finita y en tiempo finito; ninguno de nosotros esperaba esto». dicho Marcus Huber, físico de partículas, de la Universidad Tecnológica de Viena en Austria.
«Pero estos sistemas cuánticos especiales tienen otra propiedad importante: son infinitamente complejos».
Lo que tenemos ahora es esencialmente una «versión cuántica» de la tercera ley de la termodinámica que va más allá de lo que nos enseña la física clásica: una cantidad infinita de energía, tiempo, o complejidad se necesita para llegar al cero absoluto.
Los cálculos y modelos del equipo también muestran que el borrado perfecto de datos y la temperatura más baja posible están estrechamente relacionados, y ambos parecen imposibles de lograr para nosotros, simples mortales.
Por lo tanto, es posible que la creciente complejidad de los sistemas sea otra forma de acercarse al cero absoluto, o al menos de avanzar más rápidamente.
«Si desea borrar perfectamente la información cuántica en una computadora cuántica y, en el proceso, transferir un qubit a un estado fundamental perfectamente puro, entonces teóricamente necesitaría una computadora cuántica infinitamente compleja que pueda controlar perfectamente una cantidad infinita de partículas». dicho Huber.
En términos prácticos, ningún sistema informático es perfecto, por lo que la idea de que una partícula en una computadora cuántica nunca podría borrarse por completo de sus datos (o estados anteriores) no debería ser un obstáculo en el desarrollo de estas tecnologías.
La mecánica cuántica y la temperatura están estrechamente vinculadas -cuando nos acercamos al cero absoluto, comienzan a ocurrir fenómenos cuánticos extraños- y los investigadores dicen que esta es otra área donde los resultados de este estudio pueden ser útiles para el futuro.
«Precisamente por eso es tan importante comprender mejor el vínculo entre la teoría cuántica y la termodinámica», dicho Huber. «Hay un gran progreso emocionante en esta área en este momento. Poco a poco se está volviendo posible ver cómo se entrelazan estas dos partes importantes de la física».
La investigación ha sido publicada en PRX cuántico.
