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A team at City University of Hong Kong set out to prove that a certain kind of energy transfer could not work. It ended up finding a quantum way to make it work. Led by Oscar Dahlsten, associate professor in the Department of Physics, the group reports the result in Physical Review Letters, where the paper is titled "Nonunique Decompositions of Mixed States and Deterministic Energy Transfers".
Un equipo de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong se propuso demostrar que cierto tipo de transferencia de energía no podía funcionar. Terminó encontrando una forma cuántica de hacerla funcionar. Dirigido por Oscar Dahlsten, profesor titular del Departamento de Física, el grupo da a conocer el resultado en Physical Review Letters, donde el artículo se titula «Descomposiciones no únicas de estados mixtos y transferencias de energía deterministas».
Energy from natural sources often arrives with entropy, the physicists' word for randomness. That randomness is the problem: it makes the output hard to predict, and hard to turn into the steady power needed to charge a battery or run an electronic device. The study argues that a particular feature of quantum theory, the fact that a mixed state can be decomposed in more than one way, allows deterministic energy harvesting, or DEH. In this scheme, energy passes from source to harvester with no matching transfer of entropy.
La energía procedente de fuentes naturales suele llegar acompañada de entropía, el término que usan los físicos para referirse a la aleatoriedad. Esa aleatoriedad es el problema: hace que la salida sea difícil de predecir y difícil de convertir en la potencia estable necesaria para cargar una batería o alimentar un dispositivo electrónico. El estudio sostiene que una característica concreta de la teoría cuántica, a saber, que un estado mixto puede descomponerse de más de una forma, permite la cosecha determinista de energía, o DEH por sus siglas en inglés. En este esquema, la energía pasa de la fuente al colector sin una transferencia equivalente de entropía.
The mechanism works like this. A quantum harvester can be charged along several paths, each passing through a different intermediate superposition state, a combination of states that quantum theory allows at once. As long as the source drives the harvester into one of those transitions, the harvester reaches its charged state with certainty. Different source states could therefore, the authors argue, deliver energy in a predictable way.
El mecanismo funciona así. Un colector cuántico puede cargarse por varios caminos, cada uno de ellos pasando por un estado intermedio de superposición distinto, es decir, una combinación de estados que la teoría cuántica permite a la vez. Mientras la fuente lleve al colector a una de esas transiciones, el colector alcanza su estado cargado con certeza. Por tanto, según los autores, distintos estados de la fuente podrían entregar energía de forma predecible.
"We initially set out to show that such a protocol might be impossible," Dahlsten said. "To our surprise, our efforts led us to a quantum solution that could achieve exactly the deterministic energy transfer we were looking for."
«Nos propusimos inicialmente demostrar que tal protocolo podría ser imposible», afirmó Dahlsten. «Para nuestra sorpresa, nuestros esfuerzos nos llevaron a una solución cuántica capaz de lograr exactamente la transferencia determinista de energía que buscábamos».
The result is a theoretical foundation, not a device. The preprint appeared on arXiv in 2025 and the journal version in 2026, and the study describes no prototype and no measurement. The team gives no date for a working component, and the step from equations to hardware is not described. The authors present the framework as a route to converting ambient energy into usable power with minimal loss.
El resultado es un fundamento teórico, no un dispositivo. El preprint apareció en arXiv en 2025 y la versión publicada en la revista en 2026, y el estudio no describe ningún prototipo ni ninguna medición. El equipo no da fecha para un componente funcional, y no se describe el paso de las ecuaciones al hardware. Los autores presentan el marco como una vía para convertir energía ambiental en energía utilizable con pérdidas mínimas.
For the devices the authors name, the framework is aimed at internet of things sensors, wearables, smart-city sensors and 6G devices that could draw power from ambient sources. The framework also points to a possible way to cut the fundamental losses of conventional AC-to-DC rectifiers, the circuits that turn the alternating current of the grid or of a radio signal into the direct current electronics use. Whether that gain holds outside a paper is the next test, and no timeline has been set for it.
En cuanto a los dispositivos que citan los autores, el marco está orientado a sensores del internet de las cosas, dispositivos vestibles, sensores para ciudades inteligentes y dispositivos 6G que podrían obtener energía de fuentes ambientales. El marco también apunta a una posible forma de reducir las pérdidas fundamentales de los rectificadores convencionales de corriente alterna a continua, los circuitos que convierten la corriente alterna de la red eléctrica o de una señal de radio en la corriente continua que usa la electrónica. Que esa mejora se sostenga fuera del artículo es la siguiente prueba, y no se ha fijado ningún calendario para ello.