En 1905, Einstein demostró que el movimiento caótico del polen en el agua es el resultado de los choques de moléculas invisibles. Un siglo después, los físicos aprendieron no solo a observar sino también a controlar el movimiento a nivel cuántico. Un nuevo trabajo demuestra la materia activa en su encarnación más diminuta: átomos individuales de cesio, sumergidos en una niebla ultrafría de rubidio, se convierten en motores microscópicos. Pero no es un móvil perpetuo: solo funciona mientras no se agote el combustible cuántico.

El corazón del mecanismo son las colisiones de intercambio de espín. Al encontrarse las ondas-partículas de cesio y rubidio, sus estados hiperfinos pueden transferirse la proyección de espín, como compañeros en un tango cuántico que intercambian papeles. La diferencia de energías de Zeeman se libera como un impulso cinético. Este impulso alcanza 51 microkelvin, dos órdenes de magnitud más caliente que el casi condensado circundante. Sin embargo, el truco principal: el proceso inverso, que absorbería energía, está prácticamente prohibido a 460 nanokelvin. Así surge un trinquete cuántico: un carraca de espín que solo chasquea en una dirección, acelerando inevitablemente el cesio hasta agotar la reserva de siete estados de espín. Y eso, fíjese, es una batería de seis "dientes". Sorprendentemente, la naturaleza utiliza un truco similar en las células vivas: el rotor de la ATP sintasa, el principal motor molecular de la vida, gira en una sola dirección gracias al gradiente de protones. Aquí el gradiente es magnético y los engranajes son espines.

La simulación numérica por el método de Monte Carlo y una ecuación de Langevin de grano grueso sin parámetros ajustables reprodujeron la dinámica atómica con una precisión comparable al temblor de un píxel. Las mediciones mostraron que los átomos de cesio se comportan como partículas brownianas activas clásicas. Solo que su fuente de energía es cuántica y agotable. El ensanchamiento temporal de la nube por un factor de cuatro es una prueba directa del nacimiento de movimiento dirigido a partir de una violación microscópica del equilibrio detallado.

Este campo de pruebas para la termodinámica cuántica abre la puerta a la investigación experimental de la flecha del tiempo a escala atómica. Aquí se puede ver cómo nace la entropía en sistemas fuera del equilibrio, cómo la decoherencia interactúa con la actividad y dónde están los límites del teorema de fluctuación-disipación en el mundo cuántico. Además, la recarga del combustible de espín mediante radiación de radiofrecuencia y el aumento del número de átomos activos promete la observación de una coreografía cuántica colectiva: flocking, separación de fases y, posiblemente, un nuevo tipo de ondas de densidad cuánticas.

A futuro, estos sistemas podrían convertirse en elementos de computación cuántica al estilo de computadoras de reservorio o sensores de precisión. Pero, sobre todo, nos recuerdan que incluso cerca del cero absoluto la naturaleza sabe construir trinquetes, y Boltzmann, que buscaba la irreversibilidad en la estadística, habría quedado fascinado por esta continuación cuántica de su debate con Schrödinger sobre la vida y el orden.