Científicos crearon un motor sin calor impulsado por luz “exprimida” que puede producir trabajo mecánico, desafiando por completo la termodinámica clásica

Durante más de dos siglos, la física ha sostenido una idea central: para producir trabajo mecánico es indispensable una diferencia de temperatura. Sin calor, no hay motor. Sin embargo, un equipo de científicos de la Universidad de Granada (UGR) plantea un escenario distinto.

No se trata de ciencia ficción ni de una paradoja teórica, sino de un modelo real de motor cuántico que funciona sin gradientes térmicos, impulsado únicamente por una propiedad cuántica de la luz.

La investigación fue publicada en la revista científica Physical Review E y está firmada por Álvaro Tejero, Daniel Manzano y Pablo I. Hurtado, especialistas en física teórica y termodinámica cuántica. En el estudio, los autores proponen un tipo de motor que obtiene trabajo mecánico a partir de luz exprimida (squeezed light), replanteando al mismo tiempo qué significa “trabajo” dentro de la física cuántica.

Lo Curioso

La teletransportación ya es una realidad y su implementación podría ser más rápida de lo que pensamos, con un material que todos usamos a diario

El hallazgo no solo abre nuevas rutas para el desarrollo de motores cuánticos, sino que también introduce un debate de fondo: cómo se define y se mide el trabajo cuando entran en juego estados cuánticos no clásicos.

Te puede interesar: La teletransportación ya es una realidad y su implementación podría ser más rápida de lo que pensamos, con un material que todos usamos a diario

¿Qué es exactamente la “luz exprimida” y por qué es diferente?

El eje de esta propuesta es el fenómeno conocido como squeezing, o “luz exprimida”. Se trata de un tipo especial de estado cuántico del campo electromagnético.

En términos simples, el squeezing permite reducir las fluctuaciones cuánticas de una variable de la luz, como el campo eléctrico, a costa de aumentar las de otra.

Este comportamiento solo es posible gracias al principio de incertidumbre de Heisenberg, que impide conocer con precisión absoluta ciertos pares de magnitudes.

A diferencia de la luz común, estos estados no tienen equivalente en la física clásica. Hoy ya se utilizan en aplicaciones reales, como en el observatorio LIGO, donde la luz exprimida mejora la sensibilidad para detectar ondas gravitacionales.

La novedad del estudio de la UGR es que esta propiedad deja de ser solo una herramienta de medición y pasa a convertirse en una fuente directa de trabajo mecánico.

¿Cómo puede la luz producir trabajo sin usar calor?

El mecanismo se basa en un fenómeno bien conocido: la presión de radiación.

La luz, al incidir sobre un objeto, ejerce una fuerza. En sistemas microscópicos, esta fuerza puede mover componentes físicos.

Lo Curioso

La teletransportación ya es una realidad y su implementación podría ser más rápida de lo que pensamos, con un material que todos usamos a diario

El modelo propuesto utiliza un sistema optomecánico, donde una cavidad óptica contiene un espejo móvil. Al introducir luz en esta cavidad, la presión de radiación empuja el espejo y genera desplazamiento. Ese movimiento es trabajo mecánico.

Te puede interesar: El gato de Schrödinger ya no es solo una paradoja mental, sino que pasó a ser un experimento real con luz cuántica

Lo que cambia aquí es la naturaleza de la luz. Al emplear luz exprimida, el sistema es capaz de producir un tipo de energía útil que los autores denominan “trabajo no clásico”, ya que solo existe cuando la luz posee propiedades cuánticas.

No proviene del calor, ni de una diferencia de temperaturas, sino del carácter cuántico del estado de la luz.

¿Por qué este estudio cuestiona la definición clásica de “trabajo cuántico”?

Una parte central del artículo no es solo el motor, sino la crítica directa a la definición estándar de trabajo en sistemas cuánticos, formulada por el físico Robert Alicki en 1979.

Esta definición asocia el trabajo a los cambios de energía causados por modificaciones en el hamiltoniano del sistema. Según los autores, este enfoque no permite distinguir cuánta energía es realmente aprovechable cuando se usan estados no clásicos.

En el propio artículo señalan:

La energía contabilizada como trabajo en la definición estándar se invierte realmente en mantener el carácter cuántico del estado de la luz a través de procesos internos de dos fotones”.

Es decir, una parte de la energía no se convierte en trabajo útil, sino que queda “atrapada” sosteniendo el estado cuántico.

Por ello, el equipo propone medir el trabajo mediante el trabajo de expansión por presión de radiación, que permite aislar la fracción que sí puede convertirse en movimiento mecánico real.

Te puede interesar: ¿Jacobo Grinberg siempre tuvo razón respecto a la “Lattice”? Descubren que un filamento invisible conecta galaxias a millones de años luz

Como explican en el estudio:

Adoptamos el trabajo de expansión como un observable termodinámico robusto para cuantificar el trabajo mecánico neto extraíble del sistema”.

¿Cómo funciona el motor cuántico que proponen?

A partir de esta redefinición, los investigadores diseñaron un motor de Otto cuántico, un ciclo termodinámico adaptado al mundo cuántico.

El motor se compone de cuatro etapas:

1. Compresión de la cavidad óptica.
2. Expansión con espejo móvil.
3. Contacto con un baño térmico con cierto nivel de squeezing.
4. Contacto con otro baño a la misma temperatura, pero con distinto squeezing.

La clave es que ambos baños están a la misma temperatura. No existe un foco caliente y uno frío.Lo que cambia es el grado de squeezing, y esa diferencia es la que impulsa el ciclo y permite obtener trabajo neto.

Las simulaciones confirman que el motor produce trabajo sin violar las leyes de la termodinámica, aunque lo hace a través de un mecanismo distinto al calor.

¿Qué resultados inesperados encontraron los investigadores?

Uno de los hallazgos más relevantes es que la producción de trabajo no es máxima a temperatura cero.

El análisis muestra que existe un valor óptimo de temperatura, distinto de cero, donde el motor entrega más trabajo. Esto se debe a una interacción compleja entre los efectos térmicos tradicionales y los efectos cuánticos del squeezing.

Te puede interesar: Científicos logran crear el primer cristal de tiempo observable a simple vista y consideran que este fenómeno podría ser más común en la naturaleza de lo que se piensa

Este resultado sugiere que, incluso en motores cuánticos sin gradiente térmico, el entorno térmico sigue influyendo en el rendimiento, algo importante para futuros diseños experimentales.

¿Este tipo de motor se puede construir en la vida real?

Según los autores, sí.

En el artículo destacan que los niveles de squeezing necesarios ya son alcanzables con la tecnología actual. Señalan como ejemplos:

• Cavidades ópticas avanzadas.
• Circuitos superconductores de microondas.

En palabras del estudio, estas plataformas “pueden lograr los niveles de squeezing requeridos”, lo que convierte al motor en una propuesta experimentalmente viable, no solo conceptual.

Esto abre la posibilidad de que en el futuro cercano se realicen pruebas de laboratorio para validar motores cuánticos basados en estados no clásicos de la luz.

¿Por qué este motor es importante más allá de la física teórica?

El impacto potencial va más allá de crear motores.

Este trabajo aporta bases para el desarrollo de:

• Baterías cuánticas.
• Dispositivos de conversión energética a escala microscópica.
• Computación cuántica basada en recursos físicos.
• Sensores de ultra alta precisión.

Además, introduce una distinción crucial: cuánta energía se usa para mantener un estado cuántico y cuánta se convierte en trabajo útil. Esta separación podría ser clave para optimizar tecnologías cuánticas reales.

¿Qué cambia este estudio en nuestra forma de entender la energía?

En la física clásica, ningún motor funciona sin calor. En este modelo, el motor funciona sin gradientes térmicos y se alimenta de una propiedad puramente cuántica de la luz.

Por eso, los autores concluyen que el squeezing debe entenderse como un recurso termodinámico independiente.

Te puede interesar: La conciencia humana no es solo actividad eléctrica y química en el cerebro, sino que es parte de un fenómeno que solo la física cuántica puede explicar y lo llama el campo del “punto cero”, según un nuevo estudio científico

Como afirman en el artículo:

Este enfoque clarifica el papel del squeezing como un recurso termodinámico independiente, desvinculado de los impulsos térmicos adicionales”.

Más que un nuevo motor, el estudio propone una nueva forma de pensar la conversión de energía en el régimen cuántico.