La energía podría ser trasladada a través de largas distancias por teleportación cuántica, según los cálculos realizados por un equipo de físicos en Japón. La teleportación de energía no es un concepto nuevo, se había pensado que la cantidad de energía que puede ser enviada disminuye rápidamente con la distancia, la cual en esas condiciones es muy pero muy corta. La nueva propuesta elimina este inconveniente, permitiendo que la energía se transfiera mucho más lejos. El equipo de investigadores cree que la teoría podría ser verificada en un dispositivo semiconductor y que la teleportación de energía similar podría haber ocurrido en el universo temprano.

La teleportación cuántica es una idea extraordinaria que fue propuesta por primera vez por Charles Bennett y sus colegas en 1992 en IBM. Se trata de dos partes, generalmente llamados Alice y Bob, que “teleportan” un estado cuántico entre sí. El esquema permite a Alice enviar información acerca de un estado cuántico desconocido a Bob, quien es capaz de construir una copia perfecta de ese estado. Para lograr esto,  ellos intercambian información clásica, mientras comparten partículas que se entrelazan cuánticamente una con la otra. Los físicos han sido capaces de teleportar estados atómicos a distancias de varios metros y estado de fotones en distancias superiores a 100 km.

Si bien esta formulación de teleportación cuántica no proporciona un medio para el intercambio de energía, en 2008 Masahiro Hotta de la Universidad de Tohoku presentó una teoría que explicaba cómo se podría teleportar energía. En la formulación de Hotta, Alice envía a Bob la información que necesita para extraer la energía del vacío. Esta extracción es posible porque en la teoría cuántica de campos, el vacío no está desprovisto de energía, sino que contiene partículas virtuales que continuamente burbujean hacía arriba y luego desaparecen.

Enredados en el vacío

La idea de Hotta surge del hecho de que los puntos cercanos en el vacío cuántico se encuentran  entrelazados. Esto significa que si Alice y Bob están cerca uno del otro, entonces Alice debe ser capaz de hacer una medición de su campo local y utilizar el resultado de su medición para obtener información acerca del campo local de Bob. Si Alice pasa esta información a través de un canal clásico a Bob (por ejemplo, llamándolo por teléfono), Bob puede utilizar la información para diseñar una estrategia que le permita la extracción de energía de su campo local. Esta energía será siempre menor a la energía de Alice gastada en su medición inicial. Termodinámicamente, esto significa que Alice puede “teleportar” energía a Bob en la forma de información que necesita para extraer  energía del vacío cuántico.

Desafortunadamente el grado de entrelazamiento de los campos locales de Alice y Bob decaen rápidamente con la distancia. Además, la fracción de la energía de Alice de entrada que Bob puede recuperar es inversamente proporcional a la sexta potencia de separación entre ellos. Como resultado de ello, el intercambio de cantidades de energía significantes a través de distancias significativas sería extremadamente difícil en la práctica.

En este último trabajo, Hotta y sus colegas de la Universidad de Tohoku proponen una manera alrededor de esta limitación, utilizando estados de vacío comprimidos. Estos son idénticos al estado de vacío en todas partes excepto en la región entre Alice y Bob, donde la densidad de energía es mucho mayor. El resultado es que el entrelazamiento se puede mantener a través de distancias mucho más grandes. De hecho, si se elige un estado comprimido apropiado, los estados cuánticos locales de Alice y Bob pueden permanecer entrelazados a través de una distancia arbitrariamente grande.

Estados Hall cuánticos

Los investigadores proponen que dichos estados comprimidos se podrían generar en el laboratorio repentinamente, extendiendo la longitud de borde recorrido por los electrones en un estado Hall cuántico. El efecto Hall cuántico se ve en los semiconductores delgados, como las placas semiconductoras 2D, que están sujetas a un fuerte campo magnético. Los electrones en un estado Hall cuántico fluyen sin obstáculos en una dirección a lo largo del borde de los semiconductores y proporción un canal de correlación cuántico en el que se produce el entrelazamiento. Hotta menciona que está trabajando con los miembros del equipo Go Yusa para crear un sistema de este tipo, en el laboratorio.

Hotta y sus colegas también señalan que los estados comprimidos podrían haber ocurrido a principios de la historia del universo, cuando el cosmos fue sometido a un breve periodo de rápida expansión, la inflación doblada. El experto en información cuántica Renato Renner del ETH de Zurich, está abierto a la idea de que tal estado comprimido podría haber sido creado durante la inflación cosmológica, sin embargo, no está convencido de que el fenómeno podría ser aplicado al desarrollo de dispositivos electrónicos cuánticos. Señala que energía debe ser consumida para crear estados comprimidos, lo cual podría hacer que las aplicaciones prácticas sean difíciles de lograr.

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Este trabajo se describe en Physical Review A.