En un sistema termodinámico clásico, la corriente de calor fluye del cuerpo más caliente al más frío, o electricidad del voltaje más alto al más bajo. Lo mismo sucede en los sistemas cuánticos, pero este estado se puede cambiar, y el flujo de energía y partículas se puede invertir si se inserta un observador cuántico en el sistema.

Este es el principal resultado obtenido por el grupo liderado por el profesor Ángel Rubio de la UPV / EHU y del Instituto Max Planck PMSD, junto con colaboradores en el centro BCCMS en Bremen. Su estudio ha sido publicado en Materiales cuánticos npj .

En objetos macroscópicos como una corriente de agua, observar la corriente no afecta el flujo del agua y, de acuerdo con las leyes de la termodinámica clásica, este flujo se produciría desde la parte superior a la inferior del sistema. Sin embargo, en sistemas cuánticos, "el proceso de observación cambia el estado del sistema, y esto hace que sea más probable que la corriente fluya en una dirección u otra, "dice Ángel Rubio, profesor del Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia, con sede en Hamburgo.

Rubio dice que esto no constituye "una infracción de ningún teorema fundamental de la física ni se crea energía de la nada. Lo que pasa es que insertar un observador en el sistema actúa como un obstáculo, como si cerrara el canal de una tubería por donde fluye el agua. Obviamente, si la carga comienza a acumularse, terminaría yendo en la dirección opuesta. En otras palabras, el observador proyecta el estado del sistema en un estado que transmite la corriente o energía en direcciones opuestas ".

Rubio recuerda su sorpresa al descubrir que la inserción del observador cuántico provocó que cambiaran las direcciones de la corriente y la transferencia de energía:"Inicialmente, pensamos que era un error. Esperábamos encontrar cambios y pensamos que sería posible detener el transporte, pero no esperábamos que hubiera un cambio completo de flujo. Estos cambios en la dirección de la corriente también se pueden realizar de forma controlada. Dependiendo de donde se inserte el observador, el flujo se puede cambiar, pero hay áreas específicas en el dispositivo en las que, a pesar de mirar, la dirección no cambia, " él dice.

Dificultades para el diseño experimental

Controlar el calor y la corriente de las partículas de esta manera podría abrir la puerta a diversas estrategias para diseñar dispositivos de transporte cuántico con control direccional de la inyección de corrientes para aplicaciones en termoeléctrica, espintrónica, fonónica y detección, entre otros. Pero Ángel Rubio cree que estas aplicaciones están muy lejos, porque ve limitaciones en el diseño de los observadores:"Hemos propuesto un modelo simple, y la teoría se puede verificar fácilmente porque se conservan todos los flujos de energía y entropía. Llevar a cabo este proceso de forma experimental sería otra cuestión. Aunque existe el tipo de dispositivo que debería diseñarse, y producirlo sería factible, ahora, no hay posibilidad de hacer esto de forma controlada ".

Por lo tanto, el grupo de investigación ahora está explorando otros ideas similares. “Estamos buscando otros mecanismos como alternativa a los observadores cuánticos que permitan lograr efectos similares y que sean más realistas a la hora de implementarlos experimentalmente, "Dice Rubio.