Un equipo internacional de científicos dirigido por el Laboratorio Nacional de Argonne del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE, por sus siglas en inglés) exploró esta pregunta en un experimento único en su clase, logrando devolver una computadora brevemente al pasado. Los resultados, publicados el 13 de marzo en la revista Scientific Reports , sugieren nuevos caminos para explorar el retroceso del tiempo en los sistemas cuánticos. También abren nuevas posibilidades para la prueba cuántica de programas de computadora y la corrección de errores.

Para lograr la inversión de tiempo, el equipo de investigación desarrolló un algoritmo para la computadora cuántica pública de IBM que simula la dispersión de una partícula. En la física clásica, esto podría aparecer como una bola de billar golpeada por una señal, viajando en una línea. Pero en el mundo cuántico, una partícula dispersa adquiere una calidad fracturada, que se extiende en múltiples direcciones. Revertir su evolución cuántica es como revertir los anillos creados cuando se arroja una piedra a un estanque.

En la naturaleza, restaurar esta partícula a su estado original, en esencia, volver a unir la taza de té rota, es imposible.

El problema principal es que necesitarías un “supersistema” o una fuerza externa para manipular las ondas cuánticas de la partícula en cada punto. Pero, señalan los investigadores, la línea de tiempo requerida para que este supersistema aparezca espontáneamente y manipule adecuadamente las ondas cuánticas se extendería más que la del universo mismo.

Sin inmutarse, el equipo se dispuso a determinar cómo se podría superar esta complejidad, al menos en principio. Su algoritmo simuló una dispersión de electrones mediante un sistema cuántico de dos niveles, “suplantado” por un qubit de computadora cuántico (la unidad básica de información cuántica) y su evolución relacionada en el tiempo. El electrón va de un estado localizado o “visto” a uno dispersado. Luego, el algoritmo lanza el proceso a la inversa, y la partícula vuelve a su estado inicial; en otras palabras, retrocede en el tiempo, aunque solo sea por una pequeña fracción de segundo.

Dado que la mecánica cuántica se rige por la probabilidad en lugar de la certeza, las probabilidades de lograr esta proeza de viaje en el tiempo fueron bastante buenas: el algoritmo proporcionó el mismo resultado el 85 por ciento del tiempo en una computadora cuántica de dos qubits.

“Hicimos lo que antes se consideraba imposible”, dijo Valerii Vinokur, científico senior de Argonne, quien dirigió la investigación.

El resultado profundiza nuestra comprensión de cómo la segunda ley de la termodinámica, que un sistema siempre se moverá del orden a la entropía y no al revés, actúa en el mundo cuántico. Los investigadores demostraron en un trabajo anterior que, mediante la teletransportación de la información, una violación local de la segunda ley era posible en un sistema cuántico separado en partes remotas que podrían equilibrarse entre sí.

“Los resultados también dan un guiño a la idea de que la irreversibilidad resulta de la medición, destacando el papel que juega el concepto de ‘medición’ en la base misma de la física cuántica”, dijo el coautor del artículo Gordey Lesovik, del Instituto de Física y Tecnología de Moscú. .

Esta es la misma noción que el físico austriaco Erwin Schrödinger capturó con su famoso experimento mental, en el que un gato sellado en una caja podría permanecer vivo y muerto hasta que su estado se controle de alguna manera. Los investigadores suspendieron su partícula en esta superposición, o forma de limbo cuántico, al limitar sus medidas.

“Esta era la parte esencial de nuestro algoritmo”, dijo Vinokur. “Medimos el estado del sistema al principio y al final, pero no interfirimos en el medio”.

El hallazgo puede eventualmente habilitar mejores métodos de corrección de errores en las computadoras cuánticas, donde las fallas acumuladas generan calor y generan nuevas. Una computadora cuántica capaz de retroceder de manera efectiva y limpiar los errores mientras funciona podría funcionar de manera mucho más eficiente.

“En este momento, es muy difícil imaginar todas las implicaciones que esto puede tener”, dijo Vinokur. “Soy optimista, y creo que serán muchas”.

El estudio también plantea la pregunta: ¿pueden los investigadores ahora encontrar una manera de hacer que las personas mayores sean jóvenes de nuevo? “Tal vez”, bromea Vinokur, “con la financiación adecuada”.

El trabajo fue realizado por un equipo internacional, incluidos investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú (Gordey Lesovik, Andrey Lebedev, Mikhail Suslov), ETH Zurich (Andrey Lebedev) y el Laboratorio Nacional de Argonne, EE. UU. (Valerii Vinokur, Ivan Sadovskyy).

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