Crean un termómetro cuántico para medir la temperatura del espacio-tiempo

Un equipo internacional de científicos, ha diseñado un termómetro cuántico para medir las temperaturas ultra frías del espacio y el tiempo.

Un equipo internacional de científicos, incluidos expertos de la Universidad de Adelaide, ha diseñado un termómetro cuántico para medir las temperaturas ultra frías del espacio y el tiempo predichas por Einstein y las leyes de la mecánica cuántica.

El Dr. James Q. Quach de la Universidad de Adelaide, miembro de Ramsay de la Facultad de Ciencias Físicas y el Instituto de Fotónica y Detección Avanzada (IPAS), dirigió la investigación. “Hemos diseñado un termómetro cuántico que puede medir cambios de temperatura extremadamente pequeños”, dijo. “El diseño teórico del termómetro cuántico se basa en la misma tecnología utilizada para construir computadoras cuánticas” explica el Dr. Quach.

La computación cuántica es una rama de la informática que se basa en los principios de la superposición de la materia y el entrelazamiento cuántico para desarrollar una computación distinta a la tradicional. En teoría, sería capaz de almacenar muchísimos más estados por unidad de información y operar con algoritmos mucho más eficientes a nivel numérico, como el de Shor o el temple cuántico.

Esta nueva generación de superordenadores aprovecha el conocimiento de la mecánica cuántica que es la parte de la física que estudia las partículas atómicas y subatómicas para superar las limitaciones de la informática clásica. Aunque la computación cuántica presenta en la práctica problemas evidentes de escalabilidad y de coherencia, permite realizar multitud de operaciones simultáneas y eliminar el efecto túnel que afecta a la programación actual en la escala nanométrica.

En el siglo pasado, Einstein predijo que la velocidad a la que percibes que pasa el tiempo depende de la velocidad a la que estás viajando: una persona que se mueve muy rápido envejece a un ritmo más lento que alguien que está quieto. Esto condujo a su Teoría de la Relatividad General, que dice que el espacio y el tiempo juntos actúan como un tejido que puede flexionarse y deformarse.

La relación entre la temperatura y la aceleración es similar a la relación entre el tiempo y la velocidad. Diferentes observadores que se mueven a diferentes aceleraciones percibirían diferencias de temperatura diferentes, aunque diminutas.

El Dr. James Q. Quach de la Universidad de Adelaide, en Australia, miembro de Ramsay de la Facultad de Ciencias Físicas y el Instituto de Fotónica y Detección Avanzada (IPAS), dirigió esta nueva investigación. 

“En 1976, el físico canadiense William Unruh combinó el trabajo de Einstein con la otra teoría fundamental de la física moderna, la mecánica cuántica, y predijo que la estructura del espacio-tiempo tiene una temperatura muy baja”, dijo el Dr. Quach. 

El efecto Unruh descubierto en 1976 , predijo que un observador de movimiento uniformemente acelerado observó una radiación de cuerpo negro, aquí o el observador en un marco inercial no verá. En otras palabras, el observador uniformemente movimiento acelerado estará en un ambiente caliente a una temperatura T. Este efecto es el análogo cinemático del fenómeno de evaporación del agujero negro descubierto el año anterior por Stephen Hawking. Aunque técnicamente el efecto Unruh es mucho más simple que la evaporación de los agujeros negros (que resulta de un cálculo complejo que involucra la relatividad general), es este último el que se descubrió primero, siendo el efecto Unruh una consecuencia relativamente inmediata.

“Curiosamente, esta temperatura cambia dependiendo de qué tan rápido te muevas. Para ver este cambio de temperatura, tendrías que moverte extremadamente rápido. Para ver incluso un cambio de un grado en la temperatura, tendrías que acercarte a la velocidad de la luz” aclara el Dr. Quach. “Hasta ahora, estas velocidades extremas han impedido que los investigadores verifiquen la teoría de Unruh”.

La temperatura en el espacio se manifiesta de una manera muy diferente con relación a lo que conocemos en la Tierra. Cuando se dice que hace tal temperatura, solemos hablar de la temperatura del aire ambiente, lo que no tiene sentido en el vacío del espacio. El aire ambiente siempre aporta calor. En el espacio, la cara de un satélite en órbita terrestre expuesta al Sol (o la del traje espacial de un astronauta) puede alcanzar potencialmente +150 °C, mientras que a la sombra bajará hasta -120 °C dado que, contrariamente a la playa en la Tierra, no hay aire ambiente. Esta es la razón por la que las naves espaciales y los trajes espaciales de los astronautas van equipados de aislantes y sistemas de control térmico sofisticados que garantizan una temperatura ideal en su interior.

“En teoría, un termómetro cuántico no necesita acelerar físicamente, sino que utiliza un campo magnético para acelerar la brecha de energía interna del dispositivo”, dice el Dr. Quach. “El termómetro cuántico se puede construir con la tecnología actual”.

El trabajo del equipo tiene implicaciones importantes para futuras investigaciones. El termómetro cuántico puede usarse para medir temperaturas ultra frías y con una precisión que los termómetros convencionales no pueden.

El Dr. Quach y sus colegas, el profesor William Munro de NTT Basic Research Laboratories en Japón y el profesor Timothy Ralph de la Universidad de Queensland, han publicado su trabajo en la revista Physical Review Letters.

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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