La teleportación cuántica de energía ya no es ciencia ficción: físicos logran transferencia energética a distancia entre átomos
Te explicamos el protocolo cuántico real que lo hace posible y sus posibles aplicaciones futuras.
Fuente: ChatGPT / E. F.
Eugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico. Director de Muy Interesante Digital
Creado: 11.05.2025
En el mundo cotidiano, para que llegue energía de un punto a otro, algo debe moverse: una corriente eléctrica, un haz de luz, una onda de sonido. Pero en la escala cuántica, esa lógica empieza a romperse. Imagínate estar en tu casa y que, con solo recibir un mensaje, pudieras calentar el agua del grifo sin que pasara electricidad por los cables. Aunque esto no es posible en nuestra vida diaria, un equipo de físicos ha logrado algo que va en esa dirección: transferir energía entre dos átomos sin mover ni una partícula, ni un fotón, ni una onda. Solo se transmite información. Y el receptor consigue energía. Tendría aplicaciones desmesuradas, como el ansiado internet cuántico.
Esto no es ciencia ficción. El nuevo trabajo de Boris Ragula y Eduardo Martín-Martínez, investigadores en Canadá, presenta una revisión detallada de los experimentos y aplicaciones actuales de la llamada teleportación cuántica de energía. Su artículo (en preprint) analiza cómo funciona este sorprendente protocolo, cómo se ha probado en laboratorio y qué usos podría tener en campos como la refrigeración avanzada o incluso la ingeniería del espacio-tiempo. “La teleportación cuántica de energía (QET, por sus siglas en inglés) explota la existencia de correlaciones para permitir la transferencia remota de energía sin necesidad de portadores físicos de energía entre el emisor y el receptor”, escriben los autores.
Qué significa teleportar energía cuántica
La palabra “teleportación” evoca imágenes de ciencia ficción, pero en física cuántica tiene un significado muy concreto. En la versión más conocida, la teleportación cuántica permite transferir el estado de una partícula a otra usando entrelazamiento cuántico e información clásica. Sin embargo, la teleportación de energía no trata de copiar un estado, sino de algo aún más desconcertante: hacer que la energía aparezca en un lugar sin haber viajado por ningún medio físico.
El protocolo QET se basa en sistemas cuánticos compuestos por varias partes, como dos átomos entrelazados. Uno de los participantes (llamado Alice) realiza una medición local sobre su átomo, que cambia el estado general del sistema. Luego, le envía a Bob (el otro participante) un mensaje con los resultados. Al recibirlo, Bob puede hacer una operación local que le permite extraer energía de su átomo, aunque no ha recibido ninguna energía directa de Alice.
Lo más importante: la energía aparece antes de que haya tiempo físico para que se haya propagado desde Alice a Bob. Esto rompe la intuición clásica de que la energía se mueve con una velocidad limitada.
Esquema que muestra cómo se organizan las regiones cuánticas para extraer energía a distancia. Imagen del artículo de Ragula y Martín-Martínez¿Es esto lo mismo que la teleportación cuántica tradicional?
Aunque comparten nombre y ciertas ideas básicas, la teleportación cuántica de energía no es lo mismo que la teleportación cuántica tradicional de estados. Esta última, demostrada en laboratorio desde finales de los años 90, permite transferir el estado cuántico de una partícula a otra distante, sin mover la partícula física. Es decir, se copia el estado (como la orientación de un espín) de un sistema a otro usando entrelazamiento cuántico e información clásica.
En el caso de la teleportación cuántica de energía, no se transfiere información cuántica sobre un estado, sino energía útil directamente. La energía aparece en el lugar del receptor (Bob) sin que haya viajado ninguna partícula o campo físico desde el emisor (Alice). El único canal que se utiliza es el envío de un dato clásico (el resultado de una medición), pero eso basta para permitir que Bob realice una operación local y extraiga energía de su parte del sistema entrelazado.
Ambos procesos requieren entrelazamiento cuántico y comunicación clásica, pero sus objetivos y resultados son distintos. Uno teleporta información, el otro activa la aparición de energía remota sin transmisión directa. De hecho, en el protocolo QET, la energía nunca “viaja” por el canal de información, lo que hace que el fenómeno sea aún más desconcertante desde el punto de vista clásico.
Primeras pruebas experimentales: del laboratorio al ordenador cuántico
El artículo repasa dos experimentos clave que confirman que la teleportación cuántica de energía no es solo teoría.
En primer lugar, se realizó una prueba con resonancia magnética nuclear usando una molécula de ácido transcrotónico. En este sistema, varios átomos de carbono actúan como cúbits (los bits cuánticos). Los investigadores lograron preparar el sistema en un estado entrelazado, realizar la medición de Alice, transmitir la información y extraer energía en el lugar de Bob antes de que la energía pudiera viajar físicamente. Todo esto se hizo controlando los tiempos con precisión y usando técnicas de pulsos magnéticos.
En segundo lugar, el protocolo se probó en varios ordenadores cuánticos de IBM accesibles al público. Aunque aquí no hay un sistema físico acoplado como en el experimento anterior, se programó la lógica del protocolo QET en los cúbits virtuales, demostrando que se puede simular con éxito y medir la energía extraída.
“Esta implementación marca la primera vez que se activa un estado fuertemente pasivo local”, afirman los autores. Es decir, por primera vez se ha conseguido extraer energía de un sistema que, en principio, no debería permitirlo con operaciones locales.
Fuente: ChatGPT / E. F.Romper la pasividad: lo que antes era imposible ahora es posible
Uno de los conceptos clave detrás de QET es la pasividad local fuerte. Esto significa que, en ciertos sistemas cuánticos, no se puede extraer energía de una parte del sistema usando solo operaciones locales. En otras palabras, aunque el sistema tenga energía, si solo tocas una parte no puedes sacarla sin romper algo más.
El protocolo QET rompe esta limitación porque, además de permitir operaciones locales, añade un ingrediente fundamental: la comunicación de resultados de la medición. Esa información permite “activar” el sistema y extraer energía. Como explican los autores: “La pasividad local fuerte puede romperse mediante operaciones locales más comunicación clásica”.
Este hallazgo tiene implicaciones profundas en la termodinámica cuántica, ya que redefine los límites de lo que se considera un sistema pasivo.
Molécula utilizada en el experimento de teleportación cuántica de energía, con los átomos que actúan como qubits. Imagen del artículo de Ragula y Martín-Martínez.Aplicaciones en refrigeración cuántica: enfriar sin contacto
Una de las aplicaciones más prometedoras de QET es la refrigeración algorítmica de sistemas cuánticos. En la computación cuántica, es esencial enfriar algunos qubits para evitar errores y mantener su coherencia. Los métodos clásicos de enfriamiento no siempre funcionan bien cuando los sistemas están fuertemente acoplados.
QET permite usar las correlaciones internas del sistema para reducir la energía de partes individuales sin necesidad de intercambiar calor con un entorno externo. Esto supera técnicas como PPA (Partner Pairing Algorithm) o HBAC (Heat Bath Algorithmic Cooling), que dependen de resetear qubits mediante contacto con un “baño térmico”.
En los experimentos descritos en el artículo, la pureza de un qubit individual se mejora usando solo operaciones cuánticas y comunicación, sin necesidad de desconectarlo del sistema.
Ingeniería del vacío: producir energía negativa
Otra aplicación aún más sorprendente es la generación de densidades de energía negativas. En física clásica esto no existe, pero en teoría cuántica de campos sí es posible bajo ciertas condiciones. Estas regiones de “energía negativa” podrían, en principio, afectar al espacio-tiempo, permitiendo fenómenos como la estabilización de agujeros de gusano o la curvatura extrema del vacío.
Los autores muestran que, aplicando QET en un campo cuántico escalar (en 1+1 dimensiones o en el espacio tridimensional), se puede crear una región donde la densidad de energía es negativa, sin violar las leyes de la física. “QET es óptimo para generar densidades de energía negativas y puede alcanzar los límites fundamentales de escalado para la violación de la condición de energía débil”, escriben.
Esto convierte a QET en una herramienta para explorar ideas en gravitación cuántica, efectos del vacío y quizá —en un futuro lejano— para diseñar experimentos que manipulen el espacio-tiempo de forma controlada.
Circuito cuántico que prepara el sistema y permite a Alice enviar información clásica a Bob. Imagen del artículo de Ragula y Martín-Martínez.Más allá de la teoría: ¿cuánto se puede extraer?
El artículo también se detiene en analizar los límites del protocolo. ¿Cuánta energía se puede extraer? ¿Qué tan rápido? ¿Cómo afecta la forma de las funciones de acoplamiento al rendimiento del protocolo?
Los autores realizan un análisis matemático detallado que muestra que la cantidad de energía negativa que se puede generar está limitada por principios fundamentales, como las desigualdades cuánticas de energía o la conjetura del interés cuántico. Aun así, QET alcanza esos límites, lo que lo convierte en un protocolo óptimo para generar estos efectos cuánticos extremos.
___________
Referencias
Boris Ragula, Eduardo Martín-Martínez. A review of applications of Quantum Energy Teleportation: from experimental tests to thermodynamics and spacetime engineering. arXiv:2505.04689v1 [quant-ph], 7 May 2025. https://arxiv.org/abs/2505.04689v1
________
Fuente:
