Físicos han propuesto un nuevo tipo de demonio de Maxwell: el agente hipotético que extrae el trabajo de un sistema al disminuir la entropía del sistema.

En esta nueva presentación hipotética, el demonio puede extraer el trabajo simplemente haciendo una medición, aprovechando las fluctuaciones cuánticas y la superposición cuántica.

El equipo de Alexia Auffèves del CNRS (centro nacional de investigación francés), y de la Université Grenoble Alpes publicó un artículo sobre el nuevo demonio de Maxwell en un número reciente de Physical Review Letters.

«En el mundo clásico, la termodinámica nos enseña cómo extraer energía de las fluctuaciones térmicas inducidas en un sistema grande (como un gas o agua) acoplándolo a una fuente caliente», dijo Auffèves a Phys.org.

«En el mundo cuántico, los sistemas son pequeños, y pueden fluctuar -incluso si no están calientes-, sino simplemente porque son medidos.» En nuestro trabajo mostramos que es posible extraer energía de estas fluctuaciones genuinamente cuánticas, inducidas por la medida cuántica. «

En los años desde que James Clerk Maxwell propuso el primer demonio alrededor de 1870, muchas otras versiones han sido investigadas teóricamente y experimentalmente. Más recientemente, los físicos han comenzado a investigar los demonios de Maxwell que operan en el régimen cuántico, lo que podría algún día tener implicaciones para las tecnologías de información cuántica.

La mayoría de las versiones cuánticas del demonio tienen un par de cosas en común: son impulsadas térmicamente por un baño de calor, y el demonio hace mediciones para extraer información solamente. Las mediciones no extraen realmente ningún trabajo, sino que la información obtenida por las mediciones permite que el demonio actúe sobre el sistema para que la energía siempre se extraiga del ciclo.

El nuevo demonio de Maxwell difiere de las versiones anteriores en que no hay baño de calor, el demonio no es conducido térmicamente, sino impulsado por la medición. Además, las mediciones tienen múltiples propósitos: no sólo extraen información sobre el estado del sistema, sino que también son el «combustible» para extraer trabajo del sistema.

Esto se debe a que cuando el demonio realiza una medición en un qubit en el sistema propuesto, y la medida proyecta el qubit de un estado en una superposición de estados, lo que proporciona energía al qubit simplemente debido al proceso de medición. En su trabajo, los físicos propusieron un experimento en el cual se pueden realizar mediciones no demolíticas cuánticas proyectivas con pulsos de luz repetidos cada 70 nanosegundos aproximadamente.

Puesto que los experimentos recientes han demostrado ya la posibilidad de realizar mediciones en tales frecuencias altas, los físicos esperan que el demonio de Maxwell nuevo podría ser aplicado fácilmente usando tecnología existente. En el futuro, también planean investigar aplicaciones potenciales para la computación cuántica.

«Este motor es una prueba perfecta de concepto que demuestra que la medición cuántica tiene una huella energética», dijo Auffèves. «Ahora me gustaría invertir el juego y utilizar este efecto para estimar el coste energético de las tareas cuánticas, si se realizan en presencia de alguna entidad de medición. Este es el caso en un ordenador cuántico, que es continuamente ‘medido’ por su entorno. Este efecto se llama decoherencia y es el mayor enemigo de la computación cuántica. Nuestro trabajo proporciona herramientas para estimar la energía necesaria para contrarrestarla».

Fuente: Europa Press