Un nuevo estudio realizado por el físico Eric Lutz y el investigador Milton Aguilar en la Universidad de Stuttgart ha puesto en tela de juicio uno de los principios más sólidos de la física: la ley de Carnot. Históricamente considerada como la piedra angular de la segunda ley de la termodinámica, la ley de Carnot establece que ningún motor térmico puede ser más eficiente que uno ideal que opera entre dos temperaturas. Sin embargo, este nuevo hallazgo sugiere que ciertas máquinas térmicas cuánticas pueden superar esta barrera, lo que podría tener profundas implicaciones en la comprensión de la conversión de energía a niveles microscópicos.
Según los autores, las máquinas térmicas cuánticas no solo extraen energía del calor, sino también de las correlaciones cuánticas que se generan entre las partículas. Estas correlaciones permiten un rendimiento energético que desafía la física tradicional, ya que introducen un nuevo modo de operación que no estaba contemplado en los modelos anteriores. Al incorporar estas nuevas fórmulas, Lutz y Aguilar han demostrado que es posible extraer trabajo adicional gracias a la interacción entre el sistema y los baños térmicos, desafiando así el concepto clásico de eficiencia.
Uno de los aspectos más innovadores de este estudio es la identificación de las correlaciones cuánticas como un nuevo tipo de «combustible» para los motores térmicos. A diferencia de los motores tradicionales, que dependen exclusivamente del flujo de calor de una fuente a otra, los motores cuánticos pueden generar trabajo incluso en ausencia de transferencia de calor significativa. Este fenómeno se debe a que, en ciertos rangos de temperatura, los sistemas cuánticos pueden volverse correlacionados sin necesidad de interacciones fuertes, permitiendo que las correlaciones existentes se conviertan en fuentes de energía utilizables.
El análisis presentado en el estudio incluye un modelo de motor cuántico formado por dos osciladores armónicos acoplados a baños térmicos de diferentes temperaturas. Este motor, al alternar la interacción entre los osciladores, puede operar en un régimen atérmico, donde la producción de trabajo supera el calor absorbido. Este comportamiento es clave, ya que refleja que una amplia proporción de los parámetros analizados en motores cuánticos podría operar bajo este nuevo paradigma, sugiriendo que estas capacidades no son excepcionales, sino potencialmente comunes en muchos sistemas.
La implicación de estos descubrimientos para el futuro de la tecnología es extensa. Los motores cuánticos extremadamente eficientes podrían revolucionar el desarrollo de nanorobots, sensores de alta precisión y dispositivos de computación cuántica. La posibilidad de utilizar correlaciones cuánticas como recurso energético abre un nuevo horizonte en la conversión de energía y la optimización de sistemas de energía a escala nanométrica. Estos avances sugieren que, a medida que la investigación avanza, el entendimiento y aprovechamiento de las correlaciones cuánticas será fundamental para el diseño de futuras máquinas que operen en la frontera de la energía y la información.
