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¿Teletransporte de energía a distancia arbitraria?

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.

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Fuentes y referencias:
Nota en Physics World. [2]
Artículo original. [3]
Copia artículo original. [4]
Ilustración: iStockphoto/agsandrew.