Si alguna vez has intentado poner en hora dos relojes digitales y has notado que, por mucho que lo intentes, uno siempre marca el tiempo con un leve desfase respecto al otro, no estás solo. Esa obsesión por la exactitud del tiempo no es solo un problema doméstico: es una frontera tecnológica. Desde los satélites del GPS hasta los sistemas cuánticos de comunicación, todo depende de nuestra capacidad de medir el paso del tiempo con una precisión extrema.
Un grupo internacional de físicos acaba de publicar en Nature Physics un trabajo que podría transformar radicalmente esa capacidad. Según sus conclusiones, es posible construir relojes cuánticos cuya precisión aumente enormemente sin necesidad de consumir cantidades proporcionales de energía. Esta afirmación desafía un principio físico muy aceptado: que mejorar la exactitud de un reloj requiere pagar un precio energético equivalente.
Cómo funciona un reloj (y por qué todos consumen energía)
Todos los relojes, desde los mecánicos hasta los atómicos, funcionan siguiendo una lógica sencilla: un sistema que repite un patrón regular y otro que cuenta cuántas veces ocurre ese patrón. En un reloj de péndulo, el movimiento de vaivén es la base temporal; en un reloj atómico, es la vibración de ciertos átomos. Pero esa base no basta: alguien (o algo) debe contar los ciclos.
Marcus Huber, del Instituto Atómico de TU Wien, lo resume así: "Cada reloj necesita dos componentes: un generador de tiempo y un contador". El generador puede repetir su estado, pero el contador tiene que transformarse con cada medición. Y esa transformación implica un cambio irreversible: aumenta el desorden del sistema, lo que en física se llama entropía.
Este aumento de entropía no es solo una curiosidad teórica. Significa que medir el tiempo tiene un coste real: se pierde energía. De ahí que, hasta ahora, se asumiera que aumentar la precisión de un reloj siempre requería gastar más.
Rompiendo la regla: más precisión sin más entropía
Aquí es donde entra el hallazgo del nuevo estudio. El equipo, formado por científicos de TU Wien, Chalmers University of Technology y la Universidad de Malta, ha ideado un reloj cuántico que rompe la relación directa entre precisión y consumo energético. Su propuesta utiliza un diseño en forma de anillo por el que circula una excitación cuántica sin ser medida hasta completar una vuelta.
Este reloj se basa en una idea clave: usar dos escalas de tiempo diferentes. Una corresponde al movimiento rápido y reversible de la partícula, que no genera entropía. La otra es más lenta y está asociada a la medición de su llegada, que sí implica una pérdida de energía.
Yuri Minoguchi, uno de los autores, lo describe con claridad: "Tenemos un proceso rápido que no genera entropía y otro lento, que sí lo hace". Esta estrategia permite acumular muchos eventos sin coste energético, y solo contabilizarlos cuando la partícula llega a su destino, como si un segundero invisible avanzara sin dejar huella hasta que el minutero registra un avance.
Un reloj que no obedece al tiempo que conocemos
Lo más llamativo de este experimento es que, aunque mide el paso del tiempo, lo hace sin someterse a las reglas que solemos asociar con esa medición. No hay tics regulares, ni entropía creciente constante, ni necesidad de extraer información a cada paso. Este reloj cuántico, en cierto modo, funciona al margen del tiempo tal y como lo entendemos: no lo destruye, pero tampoco lo respeta. Y ahí está su mayor provocación.
Qué aporta este modelo al diseño de relojes cuánticos
El modelo desarrollado por los investigadores se basa en una estructura compuesta por múltiples elementos cuánticos conectados entre sí, formando un anillo. En esta red, una única excitación cuántica —algo así como una señal energética— viaja de un punto a otro. Mientras se mueve, no se realiza ninguna medición, lo que evita la generación de entropía.
Solo cuando esa señal completa un ciclo y llega a una posición determinada, se produce una medición. Ese acto irreversible es el equivalente al "tic" del reloj. Y es en ese momento cuando se libera energía al entorno, cumpliendo con las reglas de la termodinámica. Pero lo interesante es que, entre tic y tic, pueden acumularse muchos ciclos sin coste.
Esta separación de funciones permite construir un reloj de altísima precisión sin aumentar proporcionalmente el gasto energético. No es que el reloj no consuma energía, sino que lo hace de forma mucho más eficiente que los modelos anteriores.
¿Y si todo esto se puede fabricar en el mundo real?
Una cosa es proponer un modelo teórico elegante, y otra muy distinta es llevarlo a la práctica. Por eso resulta especialmente prometedor que este reloj cuántico pueda implementarse en tecnologías ya existentes, como los circuitos superconductores utilizados en computación cuántica.
Según explica Simone Gasparinetti, líder del equipo experimental en Chalmers, la propuesta podría probarse usando circuitos superconductores, una de las tecnologías cuánticas más avanzadas disponibles actualmente. Esto convierte el estudio en algo más que un ejercicio académico: es una hoja de ruta hacia aplicaciones reales.
Los autores también sugieren que el diseño del reloj podría servir como fuente pasiva de fotones individuales, algo muy buscado en redes cuánticas. En lugar de generar activamente cada fotón, bastaría con aprovechar los tics del reloj como indicadores de cuándo se emite un fotón, con gran regularidad y sin necesidad de intervención externa.
Un desafío a los límites establecidos
El valor más profundo de este estudio es que desafía una creencia asumida durante décadas. Hasta ahora, se pensaba que la segunda ley de la termodinámica imponía un límite claro a la precisión de los relojes. Aunque esta ley no se rompe, el nuevo modelo demuestra que sus efectos pueden ser mucho menos restrictivos de lo que se pensaba.
Como resumen, los autores afirman que "la precisión no está limitada por la segunda ley de la termodinámica". Esta frase, tan contundente como precisa, no implica una violación de la física, sino una ampliación de sus posibilidades cuando se trabaja en el reino cuántico.
Al lograr que la precisión crezca mucho más rápido que el consumo energético, este modelo abre nuevas vías en el diseño de tecnologías cuánticas, desde sensores ultraprecisos hasta dispositivos de sincronización en redes distribuidas.
Referencias
- Florian Meier, Yuri Minoguchi, Simon Sundelin, Tony J. G. Apollaro, Paul Erker, Simone Gasparinetti y Marcus Huber. Precision is not limited by the second law of thermodynamics. Nature Physics (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-02929-2.
