¿El agua caliente se congela más rápido? Respuesta cuántica ✦
El efecto Mpemba cuántico: un estado excitado a veces se relaja más rápido que uno casi tranquilo. La razón está en la simetría: la distribución del estado inicial en subespacios de simetría (celdas con ciertas propiedades) determina la velocidad de relajación. Esto se puede controlar e incluso probar en un simulador cuántico simple. La simetría abre el camino para controlar procesos fuera del equilibrio.
El agua caliente a veces se congela más rápido que la fría: esta paradoja, llamada efecto Mpemba, también se manifiesta en el mundo cuántico, donde reinan las leyes descubiertas por John von Neumann. Solo que en lugar de agua, hay diminutos imanes (espines) cuyo estado ordenado se disuelve en el caos.
La razón está en la preparación del entorno. Como el azúcar en el té: esparcido en una capa fina, se disuelve al instante, mientras que en terrón lo hace lentamente. Con las partículas cuánticas sucede lo mismo: si el entorno está ‘esparcido’ en muchos estados, el sistema principal pierde más rápido la superposición —la capacidad de estar en muchos estados a la vez—. Los científicos lo confirmaron en una cadena de 15 espines unidos por entrelazamiento cuántico, siguiendo con mediciones la desaparición del desequilibrio. Resultado: cuanto mayor es la dispersión del entorno, más rápido crece la entropía —la medida del desorden introducida por Ludwig Boltzmann—.
Este descubrimiento no es una mera curiosidad. Muestra cómo controlar la decoherencia cuántica, el proceso que destruye los estados frágiles y dificulta el funcionamiento de las computadoras cuánticas, ideadas por Richard Feynman. Ahora los ingenieros podrán acelerar o ralentizar la pérdida de propiedades, preservando la información cuántica. Y la conclusión más sorprendente: a veces, para que un sistema se ‘enfríe’ más rápido, hay que ‘calentarlo’.
🎯 El efecto Mpemba clásico fue observado ya por Aristóteles, y en 1963 lo redescubrió el estudiante tanzano Erasto Mpemba mientras preparaba helado.
🎬 El control de la velocidad del equilibrio térmico resuena con la idea de ‘ralentización de la entropía’ de la novela de Greg Egan ‘Ciudad permutación’.