En teoría, la física cuántica limita la velocidad del equilibrio

Una taza de café caliente se enfría hasta la temperatura ambiente. Un vaso de cola se calienta hasta casi la misma temperatura. Nadie lo cronometra, pero el ritmo de esos cambios nunca es aleatorio: depende de la habitación y de cuánto líquido se haya servido. Desde hace tiempo, los físicos sospechan que algo más básico controla ese ritmo a las escalas más pequeñas, y un equipo de la Academia Austríaca de Ciencias, la Universidad Autónoma de Barcelona y la Universidad de Ginebra afirma ahora haberlo demostrado.

El resultado, publicado en Nature Physics, es un límite universal de velocidad para que un sistema cuyas partes están a temperaturas diferentes alcance el equilibrio térmico. Los investigadores aseguran que nada de lo que se haga con el sistema puede modificarlo. Los físicos ya habían observado indicios de un límite de este tipo en superconductores y otros sistemas cuánticos, pero observar no es demostrar. Para demostrarlo, el equipo utilizó un marco matemático universal que trata la termalización como un proceso que lleva distintos sistemas cuánticos a sus estados térmicos correspondientes, y la teoría de la información cuántica para calcular con qué rapidez puede ocurrir eso según las reglas de la mecánica cuántica.

La demostración se contrastó después con un modelo teórico de partículas cuánticas. Las ecuaciones muestran que el límite lo fijan la temperatura del sistema y dos constantes: la constante de Planck reducida y la constante de Boltzmann, que relaciona la energía cinética media de las partículas de un gas con la temperatura termodinámica. Incluso cuando los componentes están a temperaturas altas y parecen igualarse con rapidez, no pueden superar ese límite. Los autores concluyen que el límite depende de la temperatura y de la mecánica cuántica, y no de la complejidad del entorno. Cuando las diferencias de temperatura son pequeñas, en cambio, la velocidad la fijan los dos estados de menor energía del sistema.

¿Qué cambia en concreto? Por ahora, muy poco que pueda tocarse: el trabajo es una demostración matemática aplicada a un modelo teórico, y la fuente no informa de ningún experimento, dispositivo ni producto. Lo que sí hace es fijar una frontera que los ingenieros de las futuras tecnologías cuánticas tendrán que respetar. Los resultados abren nuevas líneas de investigación en computación y detección cuánticas, campos en los que la rapidez con que un sistema cuántico se estabiliza importa para lo que puede hacer. La fuente no da fecha ni estimación de cuándo podrían aparecer esas aplicaciones.

El valor del resultado es que convierte en un hecho demostrado una intuición de larga data, y lo hace en el nivel donde se escriben las reglas. Una taza de café seguirá enfriándose a su propio ritmo, pero la física que fija ese ritmo tiene ahora una demostración detrás, y esa demostración es un punto de partida para los equipos que van a construir sobre ella.