Un sistema cuántico puede ser enfriado con un chorro de luz caliente incoherente. Ésta es la sorprendente conclusión a la que han llegado físicos teóricos que trabajan en Alemania, quienes han demostrado que la tasa de enfriamiento puede incrementarse, a veces, poniendo en contacto un sistema en con una entidad caliente. El esquema – que no se ha puesto a prueba en laboratorio – podría ofrecer una forma simple de enfriar dispositivos cuánticos.

Desde la década de 1980, los físicos han estado enfriando gases de átomos usando luz láser coherente. Este método funciona a través de la absorción y emisión de fotones por parte de los átomos de tal forma que, gradualmente, los átomos pierden momento. Esta técnica sólo funciona si la luz es coherente – si la luz no es coherente, simplemente calienta el gas.

Pero ahora, Jens Eisert y Andrea Mari de la Freie Universitaet Berlin han logrado una forma de usar luz incoherente para enfriar un sistema cuántico. Su sistema es un oscilador mecánico cuántico acoplado a dos modos ópticos – sin embargo, Eisert enfatiza que puede aplicarse a un amplio rango de sistemas cuánticos de tres modos.

Modos caliente y frío

El proceso se inicia con el oscilador mecánico en un estado caliente o de alta energía. Uno de los modos ópticos es frío, lo cual indica que la energía puede, potencialmente, fluir desde el oscilador al modo frío—enfriando el oscilador.

El segundo modo óptico es caliente, lo que significa que contiene un gran número de fotones incoherentes y está sujeto a fluctuaciones térmicas. De acuerdo con los cálculos de Eisert y Mari, este modo caliente tiene dos efectos sobre la temperatura del oscilador mecánico. Un efecto es obvio; el modo caliente calienta el oscilador. El segundo efecto inesperado es que las fluctuaciones en el modo caliente incrementan la tasa a la que se transfiere la energía desde el oscilador al modo frío. La clave para una aplicación práctica de la técnica es asegurar que el segundo efecto es el dominante.

Eisert dice que el sistema es similar a un transistor, dado que la aplicación de calor en el modo óptico caliente da como resultado un incremento proporcional del flujo de calor desde el oscilador mecánico al modo frío.

De acuerdo con Eisert, hay distintos grupos experimentales trabajando para realizar el sistema en el laboratorio. Las posibles aplicaciones del efecto incluyen el enfriamiento de dispositivos cuánticos, tales como relojes atómicos o diminutos resonadores mecánicos, usando luz incoherente procedente de los relativamente baratos LEDs.

Los cálculos se describen en arXiv: 1104.0260