Física

Físicos Logran Regresar al Pasado Usando la Computadora Cuántica 

Credit: Shutterstock

Investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú se unieron a colegas de los Estados Unidos y Suiza, y regresaron el estado de una computadora cuántica una fracción de segundo en el pasado.

El tiempo va en una dirección: hacia adelante. Los niños pequeños se vuelven viejos, pero no viceversa; las tazas de té se rompen, pero nunca se vuelven a armar espontáneamente. Esta cruel e inmutable propiedad del universo, llamada la “flecha del tiempo”, es fundamentalmente una consecuencia de la segunda ley de la termodinámica, que dicta que los sistemas siempre tenderán a volverse más desordenados con el tiempo. Pero, recientemente investigadores de EE. UU. y Rusia han doblado esa flecha un poco, al menos para las partículas subatómicas.

En el nuevo estudio, publicado recientemente en la revista Scientific Report, los investigadores manipularon la flecha del tiempo utilizando una muy pequeña computadora cuántica formada de dos partículas cuánticas, conocidas como qubits, que realizaron calculaciones.

En la escala subatómica, donde las extrañas reglas de la mecánica cuántica mantienen control, los físicos describen el estado de los sistemas a través de una construcción matemática llamada función de onda. Esta función es una expresión de todos los estados posibles en los que podría estar el sistema, incluso, en el caso de una partícula, todas las ubicaciones posibles en las que podría estar, y la probabilidad de que el sistema esté en cualquiera de esos estados en un momento dado. Generalmente, a medida que pasa el tiempo, las funciones de onda se extienden; y la posible ubicación de una partícula puede estar más lejos si espera una hora que si espera 5 minutos.

Deshacer la propagación de la función de onda es como tratar de volver a poner la leche derramada en la botella. Pero eso es exactamente lo que los investigadores lograron en este nuevo experimento.

«Básicamente, no hay ninguna posibilidad de que esto suceda por sí solo», dijo Valerii Vinokur, investigadora principal y física del Laboratorio Nacional de Argonne en Illinois. «Es como aquel dicho, si le das a un mono una máquina de escribir, y, después de mucho tiempo, puede escribir a Shakespeare». En otras palabras, es técnicamente posible pero tan improbable que sea imposible.

¿Cómo hicieron los científicos para que sucediera lo esencialmente imposible? Pues bien, controlando cuidadosamente el experimento.

«Realmente necesitas mucho control para que todas las piezas rotas de una taza de té se vuelvan a juntar», dijo Stephen Bartlett, profesor de física en la Universidad de Sydney, quien no participó en el estudio. «Hay que tener mucho control sobre el sistema para hacer que haga eso … y una computadora cuántica es algo que nos permite tener una gran cantidad de control sobre un sistema cuántico simulado».

Los investigadores utilizaron una computadora cuántica para simular una sola partícula, y su función de onda se extendió a lo largo del tiempo como una onda en un estanque. Luego, escribieron un algoritmo en la computadora cuántica que invirtió la evolución temporal de cada uno de los componentes de la función de onda, esencialmente haciendo que esa onda volviera a la partícula que la creó. Ellos lograron esta hazaña sin aumentar la entropía, o desorden, en otras partes del universo, aparentemente desafiando la flecha del tiempo.

¿Significa esto que los investigadores hicieron una máquina del tiempo? ¿Violaron las leyes de la física? La respuesta es no a ambas preguntas. La segunda ley de la termodinámica dice que el orden del universo debe disminuir con el tiempo, pero no que nunca pueda permanecer igual en casos muy especiales. Y este experimento fue lo suficientemente pequeño, lo suficientemente corto y lo suficientemente controlado como para que el universo no ganara ni perdiera energía.

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Crédito: @ tsarcyanide / MIPT

«Es muy complejo y complicado enviar olas a un estanque de regreso» una vez que se crearon, dijo Vinokur, «pero vimos que esto era posible en el mundo cuántico, en un caso muy simple». En otras palabras, fue posible cuando usaron el control que les dio la computadora cuántica para deshacer el efecto del tiempo.

Después de ejecutar el programa, el sistema volvió a su estado original en un 85 por ciento del tiempo. Sin embargo, cuando se introdujo un tercer qubit, el experimento tuvo éxito solo el 50 por ciento de las veces. Los investigadores dijeron que la complejidad del sistema probablemente aumentaría demasiado con el tercer qubit, lo que dificultaría la computadora cuántica mantener el control sobre todos los aspectos del sistema. Sin ese control, la entropía no puede mantenerse bajo control y, por lo tanto, la inversión del tiempo es imperfecta. Aun así, apuntan a sistemas más grandes y computadoras cuánticas más grandes para sus próximos pasos, dijo Vinoku.

«Esto es exactamente por lo que estamos construyendo computadoras cuánticas», dijo Bartlett. «Esta es una demostración de que las computadoras cuánticas pueden permitirnos simular cosas que no deberían ocurrir en el mundo real».

Fuente: Live Science

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