Ciertos experimentos sugieren que la fotosíntesis utiliza efectos cuánticos para incrementar su eficiencia, pero que un sistema biológico presente efectos cuánticos parece casi imposible.
Fernando Galve (Universidad de Zaragoza) y sus colegas han demostrado que el entrelazamiento cuántico se puede observar en sistemas macroscópicos fuera del equilibrio a alta temperatura.
Debido al fenómeno llamado decoherencia cuántica un sistema cuántico en equilibrio termodinámico solo presenta entrelazamiento de sus estados a muy baja temperatura. Galve et al. han considerado un sistema acoplado de dos osciladores armónicos forzados paramétricamente y han mostrado que presenta entrelazamiento incluso a altas temperaturas.
Aplicando sus ideas a osciladores nanomecánicos quizás pronto se demuestre el entrelazamiento a temperaturas del orden de los 100 Kelvin, temperaturas que no requieren equipos criogénicos complejos y costosos para enfriar los osciladores. Especulando un poco, las ideas de Galve et al. permiten imaginar un modelo teórico que sustente el uso de fenómenos cuánticos en sistemas biológicos, el paradigma de los sistemas fuera del equilibrio.
Nos lo ha contado Vlatko Vedral, “Quantum physics: Hot entanglement,” Nature 468: 769–770, 09 December 2010, haciéndose eco del artículo técnico de Fernando Galve (CSIC-Universitat Illes Balears, Palma de Mallorca, España), Leonardo A. Pachón (Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia), y David Zueco (CSIC-Universidad de Zaragoza, Zaragoza, España), “Bringing Entanglement to the High Temperature Limit,” Phys. Rev. Lett. 105: 180501, 25 October 2010 [gratis en ArXiv].Resumen en inglés.
La física cuántica y el entrelazamiento cuántico se aplican en general a sistemas pequeños (microscópicos) a baja temperatura.
En el entrelazamiento, dos estados de un sistema se comportan de forma indisoluble, como si fueran un solo estado. Se logra el entrelazamiento cuando dos subsistemas interaccionan entre sí fuertemente.
Cuando el sistema completo está sometido a un baño térmico a cierta temperatura, el fenómeno de la decoherencia cuántica destruye el entrelazamiento entre los estados si la fuerza de interacción entre los subsistemas es más pequeña que la energía térmica que acopla el sistema al medio ambiente.
Pero estas ideas teóricos solo se aplican bajo la hipótesis de equilibrio termodinámico para el sistema. Para sorpresa de muchos, Galve y sus colegas han demostrado que si el sistema no está en equilibrio térmico, la temperatura ya no proporciona la escala de energía pertinente para la interacción entre el sistema y el baño térmico que le rodea.
Esta escala es determinada por una temperatura efectiva, que puede ser muy inferior a la temperatura absoluta. Para un oscilador armónico forzado, esta temperatura efectiva se obtiene multiplicando la temperatura absoluta por la velocidad a la que el sistema se aproxima al equilibrio debido a la frecuencia del forzamiento.
Si esta frecuencia es más alta que el tiempo que tarda el sistema en alcanzar el equilibrio, los estados entrelazados del sistema se pueden observar a temperaturas (efectivas) mucho más altas que la temperatura (absoluta) del entorno. Aunque el trabajo es teórico, muchos equipos de físicos experimentales deben estar tratando de comprobar las ideas de Galve et al. de forma experimental, ya que las repercusiones de este descubrimiento tanto desde el punto de vista básico como aplicado pueden ser enormes.
