Investigadores de la Universidad Tecnológica de Viena han realizado importantes avances en la comprensión de la entropía cuántica, desafiando creencias arraigadas en el campo. Su estudio, publicado en PRX Quantum el 3 de febrero de 2025, revela que la entropía en un sistema cuántico cerrado aumenta con el tiempo hasta alcanzar un pico, alineándose así con los principios de la termodinámica clásica.
Tradicionalmente, se pensaba que la física cuántica operaba fuera de las leyes de la termodinámica, especialmente de la segunda ley, que establece que la entropía en un sistema aislado tiende a aumentar. Este malentendido se originó en los trabajos del matemático John von Neumann, quien sugirió que si se conoce la información completa sobre un sistema cuántico, su entropía permanece constante.
No obstante, los investigadores de Viena argumentan que esta perspectiva es errónea. Enfatizan que el conocimiento completo de un sistema cuántico es fundamentalmente inalcanzable debido a las incertidumbres inherentes a la medición. En su lugar, proponen utilizar la entropía de Shannon, un concepto desarrollado por Claude Shannon en 1948, para medir la incertidumbre en resultados observables específicos.
Florian Meier, autor principal del estudio, explicó que cuando solo es posible un resultado de medición con certeza, la entropía de Shannon es cero, lo que indica que no se obtiene nueva información. Por el contrario, un sistema con múltiples resultados posibles resulta en una alta entropía de Shannon, reflejando una mayor incertidumbre y el potencial para nuevas ideas.
Los investigadores ilustran que, a medida que pasa el tiempo, la entropía de un sistema cuántico aumenta, reflejando el comportamiento observado en la termodinámica clásica hasta que se estabiliza en equilibrio. Este hallazgo implica que la segunda ley de la termodinámica se aplica a sistemas cuánticos aislados, siempre que se formulen las preguntas correctas y se utilicen definiciones adecuadas de entropía.
Esta investigación no solo profundiza nuestra comprensión de la mecánica cuántica, sino que también tiene aplicaciones potenciales en la computación cuántica y la teoría de la información, donde la gestión y manipulación de la entropía son cruciales para desarrollar algoritmos y sistemas eficientes.