Científicos de la Universidad de Stuttgart han demostrado que los motores cuánticos pueden superar el límite de eficiencia de Carnot, una ley fundamental de la termodinámica con casi 200 años de antigüedad. Este hallazgo, publicado en Science Advances, revela que las correlaciones cuánticas permiten a estos motores generar trabajo adicional a escala atómica, abriendo nuevas fronteras en la nanotecnología y la física fundamental.
El principio de Carnot, formulado por Sadi Carnot en el siglo XIX, establece la eficiencia máxima teórica para cualquier máquina térmica, basándose en la diferencia de temperatura entre una fuente caliente y un sumidero frío. Esta regla, parte integral de la segunda ley de la termodinámica, ha sido una piedra angular para sistemas macroscópicos como los motores de combustión y las turbinas de vapor.
Sin embargo, a medida que la tecnología avanza, los investigadores han logrado reducir las máquinas térmicas a dimensiones microscópicas, incluso al tamaño de un solo átomo. Es en este reino cuántico donde la validez universal del principio de Carnot comienza a ser cuestionada por los nuevos descubrimientos.
La redefinición de un principio bicentenario
Los profesores Eric Lutz y Milton Aguilar, del Instituto de Física Teórica I de la Universidad de Stuttgart, han demostrado matemáticamente que el principio de Carnot necesita una expansión cuando se aplica a sistemas a escala atómica. Su trabajo se centra en motores moleculares fuertemente correlacionados, donde las conexiones entre partículas no son consideradas por la termodinámica clásica.
La formulación original de Carnot no incluye el efecto de las correlaciones cuánticas, esas conexiones sutiles que surgen entre partículas en sistemas extremadamente pequeños. Lutz y Aguilar derivaron leyes termodinámicas generalizadas que incorporan plenamente estas correlaciones, un avance significativo en la comprensión de la física a estas escalas.
Sus resultados revelan que las máquinas térmicas a escala atómica no solo pueden convertir calor en trabajo, sino también las propias correlaciones cuánticas. Esta contribución adicional significa que tales máquinas pueden generar más trabajo del que permite la teoría clásica, posibilitando que la eficiencia de un motor cuántico exceda el límite tradicional de Carnot.
Implicaciones para la tecnología del futuro
Más allá de refinar la física fundamental, esta investigación abre nuevas y emocionantes posibilidades para futuras aplicaciones tecnológicas. Una comprensión más profunda de cómo operan las leyes físicas a nivel atómico podría acelerar el desarrollo de la próxima generación de tecnologías ultrapequeñas y altamente eficientes.
Esto incluye motores cuánticos capaces de realizar tareas precisas a nanoescala. Tales dispositivos podrían impulsar nanobots médicos para tratamientos dirigidos o guiar máquinas que manipulan materiales átomo por átomo. La gama de usos potenciales es vasta, desde la nanotecnología hasta la tecnología médica.
La reevaluación de principios científicos básicos, como esta ley de termodinámica, demuestra cómo la investigación fundamental puede conducir a horizontes tecnológicos completamente nuevos, transformando nuestra capacidad de diseñar y construir el futuro. Este avance fue destacado por ScienceDaily el 22 de enero de 2026.
Los hallazgos de Stuttgart sugieren que estamos en la cúspide de una era donde la ingeniería cuántica no solo optimizará la eficiencia energética a pequeña escala, sino que también reescribirá los manuales de la física, abriendo caminos para innovaciones que antes parecían imposibles.
