El flujo de calor normalmente lo iguala todo: lo caliente se enfría, lo frío se calienta, y al final queda un pantano tibio y homogéneo. Así también en el mundo cuántico: el entorno, ya sea una red cristalina o un gas de fotones, tiende a destruir el frágil entrelazamiento cuántico entre partículas. Los cúbits en una computadora cuántica se aíslan, se enfrían a milikelvins, se blindan del más mínimo ruido: todo para protegerlos de la disipación. Pero, ¿y si en esta presa del equilibrio térmico hay una grieta? Una grieta por la que el flujo no iguala, sino que hace girar una turbina de orden.
Teóricos de la Universidad de California en Los Ángeles han encontrado esa grieta. Consideraron dos cúbits que no interactúan entre sí, débilmente acoplados a un baño térmico. Normalmente, el sistema y el baño intercambian una magnitud conservada, por ejemplo el espín. La ley de conservación del espín actúa como un muro de hierro: cuanto espín sale del sistema, tanto entra en el baño. Esto conduce a la termalización: los cúbits alcanzan un estado térmico de Gibbs, donde no hay entrelazamiento. Pero si en el hamiltoniano de acoplamiento hay no uno, sino dos canales que cambian el espín en diferentes números enteros, la ley de conservación se rompe. El baño comienza a comportarse como varios reservorios con diferentes potenciales químicos. En el límite de acoplamiento débil, la dinámica se describe mediante la ecuación de Lindblad, donde la disipación local y no local tienen diferentes temperaturas efectivas. Es precisamente esta diferencia de temperaturas la que estabiliza el entrelazamiento.
Para ilustrarlo, se eligió una realización concreta: dos centros NV en diamante acoplados a un ferromagneto bidimensional invertido mediante interacción dipolo-dipolo anisotrópica. El imán se bombea hasta un estado invertido con acumulación de espín µ < −b, donde b es el campo Zeeman. Los magnones, cuantos de ondas de espín, transportan correlaciones entre los centros a distancias finitas. En tal sistema, el entrelazamiento se mantiene a distancias de hasta r ≲ 2√(As/∆), donde As es la rigidez de espín, y el campo b debe estar en un rango estrecho ∆ ≤ b ≲ 1.1∆. La concurrencia máxima (medida de entrelazamiento de 0 a 1) se alcanza en r → 0, pero entonces el tiempo de convergencia al estado estacionario diverge: esto es una manifestación del compromiso universal entre la magnitud del entrelazamiento y la velocidad de relajación.
El trabajo desplaza el enfoque del control de la coherencia al control de las simetrías de interacción. Antes se pensaba que el baño térmico destruye el entrelazamiento y que para estabilizarlo se necesitaban bombeo activo o ingeniería compleja de reservorios. Ahora se muestra que basta con romper la ley de conservación de la magnitud que intercambian sistema y baño, y mantener un potencial químico no nulo en el baño: entonces el entrelazamiento se convierte en un estado estacionario. Esto abre el camino hacia la estabilización pasiva de estados entrelazados mediante disipación, lo que podría simplificar la creación de entrelazamiento para sensores cuánticos y comunicación cuántica, especialmente en plataformas de estado sólido como los centros NV en diamante.
Un magnón con energía negativa en un imán invertido no es una excentricidad, sino un análogo directo del «hueco» en un semiconductor: una excitación que disminuye la energía del sistema pero aumenta su espín. Son precisamente estos antimagnones los que transportan correlaciones entre los centros NV en el esquema propuesto.
La idea de usar un entorno «incorrecto» para crear orden recuerda a la novela de Stanisław Lem «Solaris»: un océano-entorno que viola las leyes habituales genera estructuras que parecen imposibles desde la perspectiva de la física terrestre. Aquí, un entorno con la ley de conservación del espín rota estabiliza el entrelazamiento cuántico: también una especie de «invitado de la nada».