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Logran teletransportar información por un agujero de gusano simulado con un procesador cuántico

Los molestos comportamientos cuánticos nos están acercando a descifrar la gravedad cuántica

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La concepción de un artista de un sistema cuántico que imita un agujero de gusano.
Imagen: inqnet/A. Müller (Caltech)

Si pensabas que entrelazar qubits usando la secuencia de Fibonacci era confuso, será mejor que te aferres a algo. Un equipo de físicos descubrió recientemente que los sistemas cuánticos pueden imitar a los agujeros de gusano, atajos teóricos en el espacio-tiempo, en el sentido de que los sistemas permiten el tránsito instantáneo de información entre ubicaciones remotas.

El equipo de investigación cree que sus hallazgos podrían tener implicaciones para estudiar la gravedad cuántica, el término general que se usa para casar la mecánica cuántica y la gravedad newtoniana, que no afecta a las partículas cuánticas de la forma en que lo hace con objetos clásicos. La investigación fue publicada en Nature.

“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 Maria Spiropulu, física del Instituto de Tecnología de California y autora principal del estudio, en una nota de prensa. “Estamos entusiasmados de dar este pequeño paso para probar estas ideas en hardware cuántico y seguiremos adelante”.

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Vayamos por partes. Para ser claros, los investigadores no enviaron literalmente información cuántica a través de una ruptura en el espacio-tiempo, que en teoría podría conectar dos regiones separadas del mismo. (Imagínate doblar una hoja de papel y clavar un lápiz a través de las dos capas. El papel es el espacio-tiempo, y ahora tienes un portal entre dos áreas muy distantes).

Una idea que flota en la física teórica es que los agujeros de gusano son equivalentes al entrelazamiento cuántico, al que Einstein se refirió como “acción fantasmal a distancia”. Eso significa que, incluso a grandes distancias, las partículas cuánticas entrelazadas se definen por el giro de cada una de ellas. Como las partículas cuánticas tienen esta conexión única, son un excelente banco de pruebas para la teletransportación.

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En 2017, un equipo diferente demostró que la forma en que los agujeros de gusano teorizados en el espacio-tiempo se describen gravitacionalmente es equivalente a la transmisión de información cuántica. El equipo más reciente ha estado analizando el problema por sí mismo durante algunos años. Querían demostrarque, no solo la relación es equivalente, sino que la información transmitida puede describirse gravitacionalmente o frente al entrelazamiento cuántico. Para ello, los investigadores utilizaron el procesador cuántico Sycamore de Google.

“Realizamos una especie de teletransportación cuántica equivalente a un agujero de gusano atravesable en la imagen de la gravedad”, dijo Alexander Zlokapa, estudiante graduado en el MIT y parte del equipo, en el comunicado. “Para hacer esto, tuvimos que simplificar el sistema cuántico al ejemplo más pequeño que conserva las características gravitatorias para poder implementarlo en el procesador cuántico Sycamore en Google”.

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El equipo colocó un qubit (un bit cuántico) en un sistema cuántico especial y observó la información que salía de otro sistema. La información que habían puesto en un sistema cuántico había viajado a través del equivalente cuántico de un agujero de gusano para salir del otro sistema, según su estudio.

La teletransportación de la información cuántica fue simultáneamente lo que se esperaba desde una perspectiva física cuántica y desde la comprensión gravitacional de cómo viajaría un objeto a través de un agujero de gusano, dijeron los investigadores.

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El equipo planea construir sistemas cuánticos más complejos para probar cómo podría cambiar esta transmisión de información cuántica en una configuración experimental más compleja. Han pasado 87 años desde que Einstein y sus colegas describieron los agujeros de gusano; tal vez los físicos habrán roto este huevo multidimensional antes de que la idea cumpla 100 años.