NeoFronteras

¿Teletransporte de energía a distancia arbitraria?

Área: Física — sábado, 8 de febrero de 2014

Proponen un mecanismo mecánico cuántico para teletransportar energía a una distancia arbitraria.

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Lo malo de la palabra “teletransporte” es que fue usada por primera vez en la ciencia ficción (principalmente popularizada por Star Trek) y su uso reciente en la Física trae a la mente del lector no iniciado unas propiedades casi mágicas.
Hasta ahora lo que se ha conseguido teletransportar es el estado cuántico de una partícula a otra situada a cierta distancia. La primera vez que se consiguió fue el 1992 y desde entonces se han conseguido batir distintas marcas de distancia. El record está ahora en unos 100 km.
Hay que recalcar que la partícula no desaparece de un sitio para aparecer en otro, sino lo que se teletransporta es el estado de una partícula, digamos que “se copia” el estado de una partícula a otra. Además, en la formulación que se emplea en este tipo de teletransporte cuántico no hay intercambio de energía.
Desde 2008, gracias al trabajo de Masahiro Hotta (Universidad de Tohoku) se plantea el que se pueda teletransportar energía por un mecanismo cuántico similar. Hasta ahora se pensaba que este tipo de teletransporte sería muy sensible a la distancia y que sólo se podría realizar cuando la distancia fuese muy corta, pero una nueva propuesta sostiene que se podría teletransportar energía a distancias mucho más grande, la menos en teoría.
Además se propone que el proceso podría verificarse experimentalmente en un dispositivo semiconductor y que algo similar podría haber sucedido al principio del Universo.
En la formulación de Hotta, Alice envía a Bob (nombres usados normalmente usados en este tipo de trabajos) la información que este necesita para extraer energía del vacío cuántico de su alrededor. Recordemos que el Teoría Cuántica de Campos el vacío no está realmente vacío, sino que contiene partículas virtuales (campos) que pueden tomar consistencia real por un breve periodo de tiempo.
Las paradojas que parece tener la Mecánica Cuántica (no relativista) desaparecen casi por completo cuando se considera la Teoría Cuántica de Campos, que es relativista. Los campos llenan el espacio y las “acciones a distancia” pueden entenderse mejor bajo esta óptica.
La idea de Hotta surge del hecho de que los puntos cercanos del vacío cuántico están entrelazados. Esto significa que si Alice y Bob están suficientemente cerca, entonces Alice puede realizar una medida de su campo local y usarla para obtener información acerca del campo local de Bob. Si Alice pasa esta información a través de un canal clásico (por teléfono, por ejemplo) entonces Bob puede diseñar una estrategia para extraer energía se su campo local de forma gratuita. Pero esta energía será siempre menor que la utilizada por Alice para realizar sus medidas. Desde el punto de vista termodinámico esto significa que Alice puede teletransportar energía a Bob en forma de información que él necesita para extraer energía del vacío.
Desafortunadamente el grado de entrelazamiento entre los campos locales de Alice y Bob decae fuertemente con la distancia. De hecho, la fracción de energía “enviada” a Bob que se puede recuperar es inversamente proporcional a la sexta potencia de la distancia. En consecuencia, sólo se pueden enviar pequeñas cantidades de energía a través de pequeñas distancias, lo que hace que la idea no sea práctica o se pueda comprobar experimentalmente de un modo sencillo.
Pero en el último trabajo de Hotta y sus colaboradores se propone una manera de evitar estas limitaciones usando estados de vacío comprimidos (squeezed). Estos estados son idénticos a los estados de vacío cuánticos normales, excepto en la región entre Alice y Bob, donde la densidad de energía es mucho mayor. Esto permite mantener el entrelazamiento a mayor distancia. Si se usa un estado de vacío comprimido adecuado incluso se puede mantener este entrelazamiento sobre una distancia arbitraria.
Los investigadores proponen que para conseguir estos estados de vacío comprimidos se use una expansión súbita de la longitud por la que viajan los electrones durante el estado Hall cuántico. El efecto Hall se consigue cuando se expone una lámina semiconductora cuasi-bidimensional a un potente campo magnético. Los electrones se mueven sin impedimento a lo largo del borde del semiconductor y proporcionan así un canal cuántico de correlación a lo largo del cual se puede producir el entrelazamiento. Hotta ya trabaja con el equipo de Go Yusa para realizar este experimento.
Pero además se propone que estos estados comprimidos pudieron darse al comienzo de la historia del Universo, en concreto durante la inflación.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4335

Fuentes y referencias:
Nota en Physics World.
Artículo original.
Copia artículo original.
Ilustración: iStockphoto/agsandrew.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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9 Comentarios

  1. jab:

    Creo que Alice y Bob merecen el reconocimiento de su labor con un premio Nobel, o al menos una serie de televisión de la HBO con muchas temporadas. Podría ser como the Big Bang Theory pero para adultos.

    Saludos

    (Del artículo en si nada puedo decir porque me sobrepasa).

  2. tomás:

    También a mí me sobrepasa, estimado “jab”, pero me hace recordar la magnífica humorística ilustración en el artículo “Entrelazamiento cuántico y libre albedrío”: ¡Oh Alicia!… tú eres la única para mí/ Pero Bob… en un mundo cuántico, ¿como puedo estar segura?
    Es fabulosa. Solo la gran permanencia de la bomba “I” podría competir con ella, aunque quizá la economía no permita prodigarse en el humor.

  3. petrus:

    Este paradógicomundo de la ultrafísica ( acabado de acuñar ) me supera, como veo que os pasa a otros. Mi primer shock en este aspecto recuerdo que fue cuando leí de un experimento en el que detectaban que la salida ( el output que se dice ahora) ocurría antes, en el tiempo, de la mismísima entrada, el input, sin que los experimentadores acabaran de explicárselo. Creo que están todavía con ello, como casi todos los demás. Y es que, en un universo con un 70% de materia oscura, puede haber muchísimo más, que ni olemos, que lo que aparentemente vemos. Vamos, que en nuestro entorno puede haber todo un mundo de acontecimientos al que permanecemos ajenos por completo y que puede estar condicionando por completo nuestras vidas y haciendas…incluido el experimento de Young.

  4. thetimethespaceandandtheman::

    Just one question:

    Si Bob sabe sacar energía del vacío cuántico, en el momento oportuno, de la forma oportuna, porque se lo dice Alice, ¿Como se conserva la energía media (Ya se que la transitoria no lo hace, maravillas de la QM, que se lo pregunten a los electrones del efecto tunel)?.

    ¿De donde sale la energía en el vacío cuántico de Alice?.

    ¿Como se altera el vacío cuántico de Alice al tener, una vez que Bob ‘colapsa’ su energía de su zona de vacío cuántico, de tal modo que acaba ‘perdiendo energía’ de punto zero?.

    ¿Como puede ser mas frio el vacío que el mismo vacío que ya lo es (El de Alice)?.

  5. thetimethespaceandandtheman::

    Perdon, una pregunta está mal formulada:

    Mal: “¿De donde sale la energía en el vacío cuántico de Alice?.”

    Bien: “¿A donde vá la energía en el vacío cuántico de Alice, cuando bobo colapsa en su zona sacando energía?.”

    Por cierto, la constante de Planck (Sin pulsación angular), puede ser vista no como las unidades de acción conocidas:

    Energía·Tiempo

    Sino como la energía elemental que en este universo hace falta, para crear un ciclo de energía electromagnética.

    Energía por cada ciclo electromagnético.
    (sea la frecuencia que sea).

    A mi por lo menos, me parece mas intuitivo.

    Saludos, y no me toméis en serio :-),,,

  6. NeoFronteras:

    Alice no toma energía, Alice gasta energía para saber cómo es el vacío cuántico que le rodea, como este está entrelazado con el de Bob entonces sabe cómo es el vacío que rodea a Bob. Entonces usa un canal clásico y le dice a Bob cómo extraer energía de su vacío cuántico.
    En total se gasta más energía de la que se obtiene.

  7. thetimethespaceandandtheman:

    “como este está entrelazado con el de Bob entonces sabe cómo es el vacío que rodea a Bob”

    Neo, las funciones de onda de la QM, no son del vacío, sino de partículas.

    Son ellas, las que tienen estados (Y a cada uno, su ‘phi’ asociado con su propia evolución en el tiempo y espacio), no el vacío.

    ‘partículas entrelazadas’, significa que forman parte de un sistema que aún no ha perdido su coherencia por interacción con otros (observador p. ej.).

    Pero la ‘Phi’, es de partículas, no de vacío.

    Supongo que te refieres a las ‘Phi’ de las partículas virtuales que rodean a Alice, y las que rodean a bob ¿no?.

    En resumen, Alice gasta (p.ej.) 3 julios en extraer información de las partículas virtuales que la rodean, envía (De modo clásico) esa información a Bob, y bobo saca de las partículas virtuales que le rodean (Emparejadas con las de Alice), 2 julios.

    Bien, vale, de acuerdo neo, pero ¿Esos 3 Julios que da Alice a las partículas virtuales de su vacío, donde quedan en su vacío?.

    Y los 2 Julios que Bob saca de las partículas virtuales de su vacío , ¿Como puede su vacío dárselas?.

    ¿Se ha tele-transportado energía gracias a la QM?.

    (Sospecho que vas a contestar, “justamente es eso J.”)?

    Entonces, tenemos un mecanismo en la naturaleza que tele-transporta no solo información (Ya lo conocíamos), sino energía.

    Y ello se hace (Aunque la información va por via clásica, por debajo de ‘c’), instantáneamente, cuando Bob recibe la debida información, y la aplica.

    Instantáneamente, desaparecen 2 julios del entorno de Alice, y aparecen en el de Bob.

    ¿Es así?.

    !!!!!!!!!!Hostias, eso es grande ¡¡¡¡¡¡¡¡.

    !!!! A John Bell le gustaria ver esto,,,¡¡¡

  8. NeoFronteras:

    La MC es una aproximación no relativista a la realidad. Si se toma en consideración la Teoría Cuántica de Campo entonces las partículas se crean y se destruyen a partir de un vacío cuántico. Matemáticamente eso se da con unos operadores (creación a+, destrucción a- y número N) y en lugar de funciones de onda se tienen funcionales. Las partículas tienen sentido porque nosotros nos empeñamos en querer ver bolitas, pero siempre se trata de objetos extensos y esa extensión puede ser espacialmente arbitraria y de ahí las correlaciones.
    Un vacío cuántico no es la nada, siempre está lleno de entidades. Se puede comprobar experimentalmente, por ejemplo, con el efecto Casimir (se cubrió en el pasado en estas mismas páginas).

    La Naturaleza aborrece la nada. La nada no se da.

  9. thetimethespaceandandtheman:

    Que si neo, que ya lo sé.

    De hecho, el efecto casimir fue una de las mayores sorpresas que me lleve hace unos 10 años, cuando no solo comprendí a qué se debía, sino que supe, que había sido medido ya en la década de 1950 (Si mal no recuerdo, en los laboratorios de Phllips en holanda).

    Y lo bonito de que se descubrió primero a partir de la radiación térmica electromagnética clásica.

    Y se fue enfriando.

    Y como era de esperar, a menos ºK, menos fuerza (Por cierto, hay un vídeo precioso sobre esto con ondas en la superficie de agua, y dos corchos cercano uno a otro, empiezan a cercarse al bloquear los modos de las ondas externas a ellos).

    Y la inmensa sorpresa, al llegar a pocos ºK, de pronto, ya no sigue bajando la fuerza.

    Se mantiene (Creo que constante, independiente de la temperatura).

    Acababan de comprobar (Allá por 1950) la radiación electromagnética del punto cero (Tan estudiada por Rueda y Haish).

    Y por supuesto, partículas, de brevisima existencia, pero reales.

    Si, el principio de indeterminación de Heissemberg tenia insospechados corolarios.

    ¿Pero cuando Bob tiene la debida información, hace algo que, instantáneamente desaparece energía (Los 2 julios de antes, por ejemplo) del entorno de Alice, y aparece en el entorno de Bob (Como en el caso de la informacion)?.

    Sospecho que es esto neo, y ciertamente, es muy, muy grande.

    Y es posible, SOLAMENTE, gracias a que, como bien dices, el vacío no es vacío.

    ¡¡¡Ohhhh, Delta(x)*Delta(p) >= h/(4·pi) ¡¡¡,,,,,,

    Quien lo iba a decir.

    John Bell que estas en los cielos, pídele a San Pedro que no te corte el ADSL con la tierra, para seguir viendo lo que por acá pasa.

    :-),,,,,

    Javier.

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