Los investigadores del Centro de Física Teórica lideran el trabajo para probar la gravedad cuántica en un procesador cuántico

Por primera vez, los investigadores del MIT, Caltech, la Universidad de Harvard y otros lugares enviaron información cuántica a través de un sistema cuántico en lo que podría entenderse como atravesar un agujero de gusano. Aunque este experimento no creó una interrupción del espacio físico y el tiempo, como vemos que lo hace en las películas de ciencia ficción, los cálculos del experimento mostraron que los qúbits viajaron de un sistema de partículas entrelazadas a otro.

Este experimento realizado en el procesador cuántico Sycamore de Google abre las puertas a futuros experimentos con computadoras cuánticas para probar ideas de la teoría de cuerdas y la física gravitacional.

El agujero de gusano es una teoría descrita por los científicos Einstein y Rosen, como parte de la teoría de la relatividad general, y consiste en un atajo a través del espacio-tiempo entre dos puntos conectados en el espacio. Esto va de la mano con uno de los fenómenos más conocidos en física cuántica: el entrelazamiento cuántico.

Albert Einstein llamó al entrelazamiento cuántico “acción espeluznante a distancia” en los años ’30. El entrelazamiento cuántico fue retomado por John Bell en los años 60, refinando el experimento hasta la actualidad. De una manera sencilla, podemos definir al entrelazamiento cuántico como una “telepatía” entre dos partículas”. Básicamente si se ponen dos partículas que tuvieron interacción entre sí, es decir, estuvieron juntas y una se pone en un punto A y la otra en B y se modifica el giro de una, la otra comenzará a girar en la misma dirección instantáneamente.

Por su parte, la teoría de cuerdas, es parte de la teoría del multiverso. Esta teoría nos permite unificar dos imágenes distintas. Por un lado, siguiendo la teoría del Big Bang, nuestro universo es como una burbuja en constante expansión; pero a la vez hay otras burbujas, otros universos, todo el tiempo sucederían los Big Bangs.

La teoría de cuerdas intenta explicar el todo en el universo. Plantea que podríamos existir en una dimensión más avanzada, un hiperespacio con once dimensiones, pero nuestros sentidos solo perciben 3 dimensiones: longitud, anchura y altura.

Hoy la computación cuántica está ayudando a comprobar hechos de la física cuántica que aún se encuentra en su fase teórica ya que no cuenta con un paradigma científico que la respalde.

En un nuevo artículo en Nature , un equipo de físicos, incluido el Centro de Física Teórica del MIT y los investigadores del LNS Kolchmeyer y Alexander Zlokapa, presenta resultados sobre un par de sistemas cuánticos que se comportan de manera análoga a un agujero de gusano.

“Estos físicos descubrieron un mecanismo cuántico para hacer transitable un agujero de gusano mediante la introducción de una interacción directa entre las regiones distantes del espacio-tiempo, utilizando un sistema dinámico cuántico simple de fermiones”, dice Kolchmeyer. “En nuestro trabajo, también usamos estos sistemas cuánticos entrelazados para producir este tipo de ‘teletransportación de agujeros de gusano’ usando computación cuántica y pudimos confirmar los resultados con computadoras clásicas”.

Acción espeluznante a distancia

En este experimento, los investigadores enviaron una señal a través del “agujero de gusano” teletransportando un estado cuántico de un sistema cuántico a otro en el procesador cuántico Sycamore de 53 qubits. Para hacerlo, el equipo de investigación necesitaba determinar sistemas cuánticos entrelazados que se comportaran con las propiedades predichas por la gravedad cuántica, pero que también fueran lo suficientemente pequeños para ejecutarse en las computadoras cuánticas actuales.

Para lograr esto, el equipo utilizó técnicas de aprendizaje automático, tomando sistemas cuánticos altamente interactivos y reduciendo gradualmente su conectividad. El resultado de este proceso de aprendizaje produjo muchos ejemplos de sistemas con un comportamiento consistente con la gravedad cuántica.

Una vez que los investigadores identificaron estos sistemas de 10 qubits, el equipo insertó un qubit en un sistema, aplicó una onda de choque de energía en el procesador y luego observó esta misma información en el otro sistema cuántico del procesador. El equipo midió cuánta información cuántica pasó de un sistema cuántico a otro según el tipo de onda de choque aplicada, negativa o positiva.

“Demostramos que si el agujero de gusano se mantiene abierto durante el tiempo suficiente por las ondas de choque de energía negativa, se establece un camino causal entre los dos sistemas cuánticos. El qubit insertado en un sistema es, de hecho, el mismo que aparece en el otro sistema”, dijo uno de los científicos.

Este nuevo trabajo abre la posibilidad de futuros experimentos de gravedad cuántica con computadoras cuánticas más grandes y sistemas entrelazados más complicados.

Fuente: mdzol.com