El equipo de Oxford descubre que el verdadero consumo de energía en los relojes cuánticos es simplemente leerlos
Un nuevo estudio muestra que leer un reloj cuántico puede consumir mil millones de veces más energía que hacerlo funcionar.
En física, el control del tiempo es la base de todo, desde el GPS hasta los experimentos con partículas, y se supone que los relojes cuánticos son el futuro ultrapreciso de esa historia.
Sin embargo, una nueva investigación realizada por científicos de la Universidad de Oxford sugiere que, a escalas muy pequeñas, la elevada factura energética no proviene del uso del reloj, sino de su medición. Es más, argumenta el equipo, cambia nuestra forma de pensar sobre la termodinámica del tiempo.
Costo oculto en un reloj cuántico
Como parte del estudio, los investigadores construyeron un diminuto reloj cuántico basado en electrones individuales que saltan entre dos regiones a escala nanométrica, una configuración conocida como punto cuántico doble. Cada salto actúa como un tictac, lo que les permite medir el tiempo mediante eventos cuánticos individuales en lugar de péndulos oscilantes o átomos vibrantes.
Pero lo principal es que no solo observaron el funcionamiento del dispositivo, sino que también registraron cuánta entropía (energía perdida en forma de calor) producían el mecanismo del reloj y la electrónica utilizada para leerlo. Encontraron un desequilibrio enorme: el hardware de medición, que convierte las delicadas señales cuánticas en datos clásicos, consumía hasta mil millones de veces más energía que el propio reloj.
La autora principal del estudio, la profesora Natalia Ares, lo resumió cuando dijo: “Se esperaba que los relojes cuánticos que funcionan a las escalas más pequeñas redujeran el costo energético del cronometraje, pero nuestro nuevo experimento revela un giro sorprendente. "En cambio, en los relojes cuánticos, los tics cuánticos superan con creces los del propio mecanismo del reloj ".
¿Por qué medir el tiempo es tan caro?
El equipo utilizó dos esquemas de detección diferentes: uno que captaba pequeñas corrientes eléctricas y el otro que utilizaba ondas de radio, para convertir cada salto de electrón en una señal clásica utilizable. En ambos casos, la electrónica adicional que amplifica y registra los tics superó con creces el modesto coste termodinámico del dispositivo cuántico encargado de realizarlos.
El coautor del estudio, Vivek Wadhia, agregó: “Nuestros resultados sugieren que la entropía producida por la amplificación y medición de los tictac de un reloj, que a menudo se ha ignorado en la literatura, es el costo termodinámico más importante y fundamental del cronometraje a escala cuántica”.
Agregó que el próximo paso es encontrar la manera de hacer que estos sistemas a nanoescala sean mucho más eficientes, para que puedan calcular y mantener el tiempo de forma más parecida a los sistemas biológicos o naturales.
La flecha del tiempo y la tecnología cuántica del futuro
Más allá de la ingeniería, el trabajo profundiza en preguntas más profundas sobre por qué el tiempo parece fluir en una sola dirección. La irreversibilidad (procesos que no se pueden rebobinar) está ligada a la entropía, y el estudio sugiere que es el acto de observación lo que hace que el cronometraje cuántico sea verdaderamente unidireccional.
Como lo expresó el coautor de la investigación, Florian Meier: “Al demostrar que es el acto de medir, no solo el tictac en sí, lo que da al tiempo su dirección hacia adelante, estos nuevos hallazgos establecen una poderosa conexión entre la física de la energía y la ciencia de la información”.
Referencia de la noticia
Costos entrópicos de extracción de tics clásicos de un reloj cuántico, publicada en Physical Review Letters, noviembre de 2025.