Un equipo de investigadores de la Universidad de Granada ha dado un paso revolucionario en la física cuántica al proponer un motor que opera sin la necesidad de calor, un concepto que desafía principios fundamentales establecidos hace más de dos siglos. Liderados por Álvaro Tejero, Daniel Manzano y Pablo I. Hurtado, estos científicos han desarrollado un modelo de motor cuántico que capitaliza una propiedad única de la luz conocida como «squeezing» o «luz exprimida». Este innovador enfoque sugiere que es posible realizar trabajo mecánico sin recurrir a diferencias de temperatura, lo que podría transformar nuestra comprensión de la energía y la termodinámica.
El fenómeno del squeezing, que implica la manipulación precisa de las fluctuaciones cuánticas de un campo electromagnético, destaca como la base de este nuevo motor. A través de un complejo proceso de manipulación, se logra reducir las fluctuaciones en un componente del campo eléctrico aumentando en otro, algo que, según los investigadores, no tiene paralelo en la física clásica. Esta manipulación, ya utilizada en experimentos de alta precisión, como aquellos del observatorio LIGO para detectar ondas gravitacionales, se ha llevado un paso más allá con la propuesta de convertir directamente este estado cuántico en trabajo mecánico, utilizando la presión de radiación para mover un espejo móvil en un sistema optomecánico.
El estudio también examina la necesidad de redefinir el concepto de trabajo dentro de la física cuántica. Los autores critican la definición tradicional establecida por Alicki en 1979, que no se adapta fácilmente a situaciones que involucran estados no clásicos de la luz. De acuerdo a su investigación, la energía considerada como trabajo en la definición estándar a menudo se utiliza para mantener el carácter cuántico de la luz, impidiendo su aprovechamiento como trabajo útil. Para abordar este desafío, proponen una nueva métrica basada en el trabajo de expansión por presión de radiación, que permite distinguir qué parte de la energía se puede utilizar efectivamente en el sistema.
A partir de esta nueva concepción de trabajo, el equipo desarrolló un modelo de motor cuántico tipo Otto, que opera sin requerir una diferencia de temperatura entre fuentes térmicas, algo fundamental en los motores convencionales. En su lugar, el motor cuántico funciona mediante un ciclo que incluye compresión y expansión de una cavidad óptica, combinando fases en las que el sistema se mantiene en contacto con baños térmicos a la misma temperatura pero con diferentes niveles de squeezing. Las simulaciones numéricas confirman que este innovador motor puede generar trabajo mecánico siguiendo las leyes de la termodinámica, revelando además que existe una temperatura óptima para maximizar la producción de trabajo.
La investigación no solo es teórica, sino que también se apoya en la tecnología actual, lo que facilita la posibilidad de validación experimental de estos motores cuánticos. Los niveles de squeezing necesarios para su funcionamiento son alcanzables con la tecnología vigente, como en cavidades ópticas y circuitos superconductores de microondas. Este avance puede conducir a desarrollos prácticos en diferentes áreas, desde motores cuánticos hasta baterías cuánticas y sensores de ultra alta precisión, reavivando el debate sobre las reglas de la termodinámica y desafiando la noción de conversión de energía en el ámbito cuántico.