Un paso más cerca del motor de combustible perfecto gracias a la física cuántica. La universidad de Rochester ha recibido una subvención de tres años y un millón de dólares para estudiar los motores cuánticos y demostrar si pueden llegar a ser completamente eficientes
Es aún más ciencia ficción que hecho científico, pero la eficiencia energética perfecta puede estar un paso más cerca debido a las nuevas investigaciones de la Universidad de Rochester.
Para hacer que un coche funcione, el motor de un coche quema gasolina y convierte la energía del calor de la gasolina que se quema en trabajo mecánico. En el proceso, sin embargo, se desperdicia energía; un coche típico sólo convierte alrededor del 25% de la energía de la gasolina en energía útil para hacerlo funcionar.
Los motores que funcionan con una eficiencia del 100% siguen siendo más ciencia ficción que hechos científicos, pero las nuevas investigaciones de la Universidad de Rochester pueden acercar a los científicos un paso más para demostrar una transferencia ideal de energía dentro de un sistema.
Andrew Jordan, profesor de física en Rochester, recibió recientemente una subvención de tres años y un millón de dólares de la Fundación Templeton para investigar motores de medición cuántica, es decir, motores que utilizan los principios de la mecánica cuántica para funcionar con una eficiencia del 100%. La investigación, que se llevará a cabo con investigadores co-principales en Francia y en la Universidad de Washington St. Louis, podría responder a importantes preguntas sobre las leyes de la termodinámica en los sistemas cuánticos y contribuir a tecnologías como motores y computadoras cuánticas más eficientes.
“La beca trata de varias preguntas importantes sobre nuestro mundo natural”, dice Jordan.
La física a una escala pequeña
Los investigadores han descrito previamente el concepto de los motores cuánticos, pero la teoría nunca ha sido demostrada experimentalmente.
En el mundo cuántico microscópico, las partículas exhiben propiedades únicas que no se alinean con las leyes clásicas de la física tal como las conocemos. Jordan y sus colegas usarán circuitos superconductores para diseñar experimentos que puedan llevarse a cabo dentro de un sistema cuántico realista. A través de estos experimentos, los investigadores estudiarán cómo funcionan las leyes de la energía, el trabajo, la potencia, la eficiencia, el calor y la entropía a nivel cuántico. Estos conceptos están actualmente mal entendidos en la mecánica cuántica.
Figura 1. Catedrático de física Andrew Jordan. Foto cortesía de la Universidad de Rochester
Tareas de energía microscópica
Los motores de medición cuántica pueden funcionar en entornos microscópicos para tareas de potencia muy pequeñas como mover un átomo o cargar un circuito miniaturizado. En estas capacidades, pueden ser componentes importantes para los ordenadores cuánticos.
Sin embargo, este tipo de motor no podría utilizarse actualmente para alimentar un automóvil; la potencia en un motor de medición cuántica se mide en la unidad de picovatios, con un picovatio igual a una millonésima parte de un vatio. Para comparar, una sola bombilla tiene alrededor de 60 vatios de potencia.
“Las escalas de potencia involucradas -números como los picovatios- indican la gran brecha entre nuestros intereses humanos y estos diminutos motores”, dice Jordan.
Una forma de hacer motores de medición cuántica para actividades a escala humana puede ser “a través de una paralelización masiva”, dice Jordan. “Cada dispositivo sólo produce una pequeña cantidad de energía, pero al hacer que miles de millones de ellos trabajen juntos, se podría hacer un motor macroscópico desde cero”.
Un nuevo tipo de combustible
Jordan y su equipo también investigarán otra importante área de investigación: cómo podría ser posible extraer trabajo de un sistema utilizando el entrelazamiento como combustible. En el entrelazamiento cuántico –uno de los conceptos básicos de la física cuántica– las propiedades de una partícula están entrelazadas con las propiedades de otra, incluso cuando las partículas están separadas por una gran distancia.
El uso del entrelazamiento como combustible tiene la posible característica revolucionaria de crear un motor no local; la mitad de un motor podría estar en Nueva York, mientras que la otra mitad podría estar en California. La energía no sería retenida por ninguna de las dos mitades del sistema, sin embargo, las dos partes podrían compartir la energía para alimentar ambas mitades de manera competente.
“Demostraremos que el motor puede, en principio, ser perfectamente eficiente“, dice Jordan. “Es decir, habría una transferencia ideal de energía del aparato de medición al sistema cuántico.”
El premio de la fundación refleja la importancia de la tecnología cuántica como una prioridad nacional e internacional, y el papel clave de Rochester en la empresa. El proyecto en sí mismo se basa en la sólida historia de investigación de Rochester en óptica y física y en los esfuerzos actuales para desentrañar mejor los misterios de la mecánica cuántica.
“La Universidad de Rochester tiene una fuerza existente en la física cuántica, y de hecho fue el lugar de nacimiento del campo de la óptica cuántica”, dice Jordan. “Tenemos una buena colección de investigadores de calidad, un legado histórico de la física cuántica, y un apoyo continuo de la Universidad a la física cuántica”.
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