¿Se pueden teletransportar? Físicos crean agujero de gusano en computadora cuántica

Imagina que sólo te quedan 10 minutos para llegar al trabajo, como siempre el Metro hace de las suyas y se quedó parado. Ya es la quinta vez que vas a llegar tarde… ¿Uber? Sale en más de 200 pesos por un trayecto de 15 minutos y qué tal si te teletransportas. ¿Podría suceder esto alguna vez? Lo más cercano a esto son los agujeros de gusano. 

Los físicos han utilizado una computadora cuántica para realizar un nuevo tipo de teletransportación cuántica, la capacidad de transportar estados cuánticos entre lugares distantes, como si la información pudiera viajar instantáneamente. 

Te podría interesar leer: Bad Bunny rinde tributo a Selena Quintanilla; mira aquí el video

Aunque la teletransportación es una técnica establecida en la tecnología cuántica, el propósito del último experimento fue simular el comportamiento de un pasaje llamado agujero de gusano a través de un universo virtual. 

Los investigadores detrás del experimento dicen que es un paso hacia el uso de la física cuántica ordinaria para explorar ideas sobre universos abstractos en los que la gravedad y la mecánica cuántica parecen funcionar juntas en armonía. 

Las computadoras cuánticas podrían ayudar a desarrollar una teoría cuántica de la gravedad en estos universos de 'juguete'. (El desarrollo de una teoría cuántica de la gravedad para nuestro propio Universo es uno de los mayores problemas abiertos de la física).

"Es una prueba de ideas de gravedad cuántica en un banco de pruebas experimental de laboratorio real", dice Maria Spiropulu, física de partículas del Instituto de Tecnología de California en Pasadena que dirigió el estudio.

Túneles en el espacio-tiempo

Los físicos Albert Einstein y Nathan Rosen propusieron la idea de los agujeros de gusano (pasajes a través del espacio-tiempo que podrían conectar los centros de los agujeros negros) en 1935. 

Calcularon que, en principio, los agujeros de gusano estaban permitidos por la teoría general de la relatividad de Einstein, que explica la gravedad como un efecto de la curvatura del espacio-tiempo. (Los físicos pronto se dieron cuenta de que incluso si existen agujeros de gusano, es poco probable que permitan algo como el viaje interestelar que aparece en la ciencia ficción).

Debido a que el último experimento de teletransportación utilizó un universo de juguete exótico, no simuló nada parecido al tipo de agujero de gusano que posiblemente podría existir en nuestro Universo, como lo imaginaron Einstein y Rosen. Pero puede interpretarse como algo análogo a un agujero de gusano en el sistema virtual de los investigadores: la información cuántica introducida en un lado del "agujero de gusano" reapareció en el otro lado.

“La sorpresa no es que el mensaje se haya transmitido de alguna forma, sino que se haya transmitido sin codificar”, escriben los autores de un artículo adjunto de News and Views . "Sin embargo, esto se entiende fácilmente a partir de la descripción gravitatoria: el mensaje llega sin codificar al otro lado porque ha atravesado el agujero de gusano".

El experimento se inspiró en investigaciones anteriores que vinculaban la física de universos exóticos y sus propias versiones de la gravedad con sistemas cuánticos más estándar, pero aún virtuales. La idea principal es que algunas versiones abstractas del espacio-tiempo surgen del comportamiento colectivo de las partículas cuánticas ordinarias que viven en una especie de "mundo de sombras", similar a cómo un holograma 2D puede crear la ilusión de una imagen 3D. Ese comportamiento 'holográfico' dicta cómo los espacios-tiempos emergentes se curvan sobre sí mismos, produciendo los efectos de la gravedad.

Aunque los físicos aún no saben cómo escribir directamente teorías cuánticas de la gravedad para universos emergentes, saben que tales fenómenos deberían estar completamente encapsulados en la física del mundo de las sombras. Esto significa que los fenómenos gravitatorios como los agujeros negros —que todavía plantean enigmas a los físicos teóricos— o los agujeros de gusano deben ser compatibles con la teoría cuántica.

El último experimento sigue un esquema que el coautor Daniel Jafferis, físico teórico de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, y sus colaboradores propusieron en 2017. Ese trabajo se centró en la correspondencia holográfica más simple, conocida como SYK por las iniciales de sus creadores. En este universo de modelos de juguete, el espacio tiene solo una dimensión, en lugar de tres.

En el último estudio, Jafferis, Spiropulu y sus colegas simularon una versión aún más simplificada de dicho holograma utilizando los bits cuánticos, o qubits, del procesador Sycamore de Google. Esperaban que sus partículas cuánticas simuladas reprodujeran algunos comportamientos de la gravedad en el universo virtual, pero los modelos estaban limitados por las capacidades de las computadoras cuánticas actuales.

“Tuvimos que encontrar un modelo que preservara las propiedades de la gravedad y que pudiéramos codificar en un procesador cuántico que tenga una cantidad limitada de qubits”, dice Spiropulu. “Lo reducimos a un modelo de bebé y verificamos que conserva la dinámica gravitacional”.

“Antes de trabajar en este proyecto, no era obvio que un sistema con una cantidad tan pequeña de qubits pudiera exhibir este fenómeno”, agrega Jafferis.

Algunos investigadores piensan que esta línea de investigación es un camino prometedor para desarrollar una teoría cuántica de la gravedad para nuestro propio Universo, aunque otros lo ven como un callejón sin salida. La teoría probada en el procesador de Google “solo tiene una relación muy tangencial con cualquier posible teoría de la gravedad cuántica en nuestro Universo”, dice Peter Shor, matemático del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge.

bgpa