El equipo de investigadores ha construido un programa de inversión de tiempo en una computadora cuántica, en un experimento que tiene enormes implicaciones para nuestra comprensión de la computación cuántica.
El mundo de la física cuántica puede ser desconcertante en algunos casos y este último logro, realizado por un equipo de científicos de Rusia, Suiza y Estados Unidos, no es una excepción.
En lo que respecta a las leyes de la física, en muchos casos, no hay nada que nos impida avanzar y retroceder en el tiempo. En ciertos sistemas cuánticos es posible crear una operación de inversión de tiempo. Aquí, el equipo creó un experimento mental basado en un escenario realista.
La evolución de un sistema cuántico se rige por la Ecuación de Schrödinger, que nos da la probabilidad de que una partícula esté en una determinada región. Otra ley importante de la mecánica cuántica es el Principio de Incertidumbre de Heisenberg, que nos dice que no podemos conocer la posición exacta y el momento de una partícula porque todo en el universo se comporta como una partícula y una onda al mismo tiempo.
Los investigadores querían ver si podían obtener tiempo para revertirse espontáneamente para una partícula por solo una fracción de segundo. Utilizan el ejemplo de una señal que rompe un triángulo de bolas de billar y las bolas que van en todas direcciones: un buen análogo para la segunda ley de la termodinámica, un sistema aislado siempre irá del orden al caos y luego hará que las bolas vuelvan a ponerse en orden.
El experimento
El equipo se dispuso a probar si esto puede suceder, tanto espontáneamente en la naturaleza como en el laboratorio.
Su experimento mental comenzó con un electrón localizado, lo que significa que estaban bastante seguros de su posición en una pequeña región del espacio. Las leyes de la mecánica cuántica hacen que saber esto con precisión sea difícil. La idea es tener la mayor probabilidad de que el electrón esté dentro de una determinada región. Esta probabilidad «se difumina» a medida que pasa el tiempo, lo que hace que sea más probable que la partícula esté en una región más amplia. Luego, los investigadores sugieren una operación de inversión de tiempo para que el electrón vuelva a su localización. El experimento mental fue seguido por algunas matemáticas reales.
Los investigadores estimaron la probabilidad de que esto suceda a un electrón del mundo real debido a fluctuaciones aleatorias. Si tuviéramos que observar 10 mil millones de electrones «recientemente localizados» cada segundo durante toda la vida del universo (13.7 mil millones de años), solo veríamos que sucediera una vez. Y simplemente haría que el estado cuántico retrocediera 10 billones de segundos hacia el pasado, aproximadamente el tiempo que transcurre entre un semáforo que se vuelve verde y la persona que está detrás de usted sonando el claxon.
Cómo lo hicieron
El experimento involucró el uso de una computadora cuántica rudimentaria compuesta por quibits, unidades básicas de información que pueden ser uno, cero o una mezcla (superposición) de ambos.
Se ejecutó un ‘programa evolutivo’ para dispersar los quibits en patrones cada vez más complejos, un proceso comparable al estante de bolas de billar golpeado por la bola de señal y esparcido por la mesa.
Para lograr la «inversión de tiempo», los científicos utilizaron un programa separado para modificar el estado de la computadora cuántica para que los quibits regresaran a su estado original ordenado.
En una configuración de dos bits cuánticos (qubit) que simula el electrón localizado, los investigadores pudieron invertir el tiempo en el 85 por ciento de los casos. En una configuración de tres qubits, solo el 50 por ciento de los casos tuvieron éxito y se produjeron más errores.
«Hemos creado artificialmente un estado que evoluciona en una dirección opuesta a la de la flecha termodinámica del tiempo», dijo el Dr. Gordey Lesovik, investigador principal.
Si bien es poco probable que el avance logre que el DeLorean de viaje en el tiempo de Doc Brown se convierta en una realidad pronto, en última instancia, debería ser invaluable en el campo de la computación cuántica.
El siguiente paso, según los investigadores, será reducir la tasa de error al mejorar la sofisticación de la tecnología.
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El estudio ha sido publicado en Scientific Reports.
