Los científicos rusos han encontrado una forma de crear un dispositivo cuántico que viola la segunda ley de la termodinámica y tiene una eficiencia de prácticamente el 100%, según un artículo publicado en la revista Physics Review A.
“Cualquier motor térmico consta de un calefactor, que es, de hecho, una fuente de energía, y un frigorífico, cuya función es enfriar el fluido de trabajo del motor. El refrigerador reduce la entropía del motor e inevitablemente desperdicia parte de la energía térmica del calentador. Por eso la eficiencia de un motor térmico nunca alcanza el 100%”, explica Andrey Lebedev, empleado de la Universidad Técnica de Zurich y MIPT en Dolgoprudny.
Uno de los fundamentos de la física y la cosmología modernas es el concepto de la llamada flecha del tiempo, el postulado de que el tiempo en nuestro Universo se mueve exclusivamente en una dirección, del pasado al futuro. En otras palabras, nos movemos a través del espacio de cuatro dimensiones en una sola dirección a lo largo del eje del tiempo, y es imposible "rebobinar" el tiempo hacia atrás.
Desde el punto de vista de la física, esto se manifiesta en el hecho de que con el tiempo, el desorden, el caos del universo, un estado que los científicos llaman entropía, está creciendo constantemente. Por ejemplo, este proceso se manifiesta en cómo cambia el estado de la energía del Universo. El principio, que los científicos a menudo llaman "la segunda ley de la termodinámica", se considera una regla inquebrantable que rige la vida de todo el universo en todos los niveles.
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Gordey Lesovik y Andrey Lebedev. Foto: MIPT
Hace un año, científicos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú bajo el liderazgo de Gordey Lesovik del Instituto de Física Teórica de la Academia de Ciencias de Rusia descubrieron que la segunda ley de la termodinámica se puede violar a nivel cuántico. Esto abrió el camino para la creación de un análogo cuántico del famoso demonio Maxwell: una criatura hipotética que clasifica moléculas rápidas y lentas.
Esta idea llevó a los científicos a pensar que esos "demonios" cuánticos se pueden utilizar para crear una máquina cuya eficiencia será del 100%. Para su desarrollo, los científicos proponen usar dos pares de qubits: módulos computacionales elementales y celdas de memoria de computadoras cuánticas, interconectados a nivel cuántico.
Los qubits en el motor de Lesovik y sus colegas realizan dos funciones: absorben calor y permiten "teletransportar" el exceso de entropía fuera del sistema, desempeñando el papel del demonio de Maxwell. Esto permite que el dispositivo alcance un estado equivalente a una máquina de movimiento perpetuo del segundo tipo.
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De hecho, por supuesto, este dispositivo no es una máquina de movimiento perpetuo; como explica Lesovik, para su funcionamiento es necesario actualizar constantemente los qubits "demoníacos", que limpian el sistema de entropía enfriándolos de una manera especial. Por otro lado, esto se hace fuera del propio dispositivo, lo que nos permite decir que formalmente la segunda ley de la termodinámica no obstante se viola en su interior.
Ahora Lesovik y sus colegas están implementando esta idea en la práctica, creando una máquina de movimiento perpetuo similar basada en qubits superconductores: transmons.
