Por primera vez, los científicos han creado un experimento de computación cuántica para estudiar la dinámica de los agujeros de gusano, es decir, atajos a través del espacio-tiempo que podrían sortear los límites de velocidad cósmica de la relatividad.
Los agujeros de gusano son tradicionalmente material de ciencia ficción, que van desde El paseo salvaje de Jodie Foster en “Contacto” hacia Giros de trama que doblan el tiempo en “Interstellar”. Pero los investigadores detrás del experimento, publicado en la edición del 1 de diciembre de la revista Natureesperan que su trabajo ayude a los físicos a estudiar el fenómeno de verdad.
“Encontramos un sistema cuántico que exhibe propiedades clave de un agujero de gusano gravitacional, pero que es lo suficientemente pequeño para implementarlo en el hardware cuántico actual”, dijo la física de Caltech Maria Spiropulu. dijo en un comunicado de prensa. Spiropulu, el autor principal del artículo de Nature, es el investigador principal de un programa de investigación financiado por el gobierno federal conocido como Canales de comunicación cuántica para física fundamental.
No haga las maletas para Alpha Centauri todavía: esta simulación de agujero de gusano no es más que una simulación, análoga a un agujero negro generado por computadora o supernova. Y los físicos aún no ven ninguna condición bajo la cual se pueda crear un agujero de gusano transitable. Alguien tendría que crear energía negativa primero.
El físico teórico de Columbia Peter Woit advirtió contra hacer demasiado alboroto sobre la investigación.
«La afirmación de que ‘los físicos crean un agujero de gusano’ es simplemente una completa tontería, con la gran campaña para engañar al público sobre esto, una vergüenza, muy poco útil para la credibilidad de la investigación física en particular y la ciencia en general». escribió en su blogque se llama Ni siquiera mal.
El objetivo principal de la investigación fue arrojar luz sobre un concepto conocido como gravedad cuántica, que busca unificar las teorías de la relatividad general y la mecánica cuántica. Esas dos teorías han hecho un excelente trabajo al explicar cómo funciona la gravedad y cómo se estructura el mundo subatómico, respectivamente, pero no encajan bien entre sí.
Una de las grandes preguntas se centra en si la teletransportación de agujeros de gusano podría seguir los principios que están detrás del entrelazamiento cuántico. Ese fenómeno cuántico se entiende mejor, e incluso se ha demostrado en el mundo real, gracias a Investigación ganadora del Nobel: Implica vincular partículas subatómicas u otros sistemas cuánticos de una manera que permita lo que Albert Einstein llamó «acción espeluznante a distancia».
Spiropulu y sus colegas, incluidos los autores principales Daniel Jafferis y Alexander Zlokapa, crearon un modelo informático que aplica la física del entrelazamiento cuántico a la dinámica de los agujeros de gusano. Su programa se basó en un marco teórico conocido como el Modelo Sachdev-Ye-Kitaevo SYK.
El gran desafío era que el programa debía ejecutarse en una computadora cuántica. de Google Chip de procesamiento cuántico de sicomoro era lo suficientemente potente como para asumir la tarea, con la ayuda de herramientas convencionales de aprendizaje automático.
“Empleamos [machine] aprender técnicas para encontrar y preparar un sistema cuántico simple similar a SYK que podría codificarse en las arquitecturas cuánticas actuales y que preservaría las propiedades gravitacionales”, dijo Spiropulu. “En otras palabras, simplificamos la descripción microscópica del sistema cuántico SYK y estudiamos el modelo efectivo resultante que encontramos en el procesador cuántico”.
Los investigadores insertaron un bit cuántico, o qubit, de información codificada en uno de los dos sistemas entrelazados, y luego observaron la información emerger del otro sistema. Desde su perspectiva, era como si el qubit pasara entre agujeros negros a través de un agujero de gusano.
«Tomó mucho tiempo llegar a los resultados y nos sorprendimos con el resultado», dijo la investigadora de Caltech Samantha Davis, una de las coautoras del estudio.
El equipo descubrió que la simulación del agujero de gusano permitía que la información fluyera de un sistema a otro cuando se aplicaba el equivalente computarizado de energía negativa, pero no cuando se aplicaba energía positiva. Eso coincide con lo que los teóricos esperarían de un agujero de gusano del mundo real.
A medida que los circuitos cuánticos se vuelven más complejos, los investigadores pretenden realizar simulaciones de mayor fidelidad del comportamiento de los agujeros de gusano, lo que podría conducir a nuevos giros en las teorías fundamentales.
“La relación entre el entrelazamiento cuántico, el espacio-tiempo y la gravedad cuántica es una de las cuestiones más importantes de la física fundamental y un área activa de investigación teórica”, dijo Spiropulu. “Estamos entusiasmados de dar este pequeño paso para probar estas ideas en hardware cuántico y seguiremos adelante”.
Además de Jafferis, Zlokapa, Spiropulu y Davis, los autores del artículo de Nature, titulado «Dinámica de agujeros de gusano transitables en un procesador cuántico» incluyen a Joseph Lykken, David Kolchmeyer, Nikolai Lauk y Hartmut Neven.
