Hay cantidad de cosas que no entendemos en los sistemas cuánticos. Pero en el último siglo los físicos encontraron formas de aprovechar las rarezas de la mecánica cuántica a su gusto, incluyendo un protocolo nuevo que en esencia manipula la flecha del tiempo.
Los protocolos de control cuántico hacen referencia a técnicas que aprovechan los sistemas cuánticos con fines prácticos y experimentales. En un trabajo reciente publicado en Physical Review X, estos físicos informan sobre un nuevo protocolo que parece cambiar la forma en que lo que se conoce como flecha del tiempo surge en los sistemas cuánticos. Usando este mecanismo, el equipo diseñó una máquina para medir que extraía energía de los sistemas cuánticos y encontró que la herramienta hacía que la evolución del sistema cuántico fuera “más consistente con el flujo del tiempo hacia atrás”, en sentido estadístico, según le dijo a Gizmodo Luis Pedro García-Pintos, principal autor del trabajo y físico del Laboratorio Nacional Los Alamos.
“Nuestro trabajo no tiene que ver con los viajes en el tiempo. Fundamentalmente, muestra formas concretas en que los cuantificadores de la flecha del tiempo se pueden ‘engañar’ para que marquen ‘el flujo del tiempo de manera equivocada’”, señaló García-Pintos.
Algo que no aprendiste en la escuela
Imagina un vaso de agua ubicado junto a un gato. Luego imagina que el gato, como hacen los gatos, tumba el vaso y el agua se derrama. El vaso se rompe. Digamos que alguien graba el hecho con una revisión detallada. Si el video muestra que el vaso se vuelve a armar y las gotas de agua vuelven a meterse en el vaso, sabrías que está en retroceso el video.
Así, tenemos un sentido general del orden de los sucesos diarios y podemos identificar cuándo ese orden se revierte. Es decir que sabemos que es físicamente imposible que un vaso roto vuelva a armarse, o que el agua derramada vuelva al vaso. La flecha del tiempo apunta hacia una dirección determinada y definida.
Pero esa percepción de la flecha del tiempo es algo que también les adjudicamos a los sistemas. Según García-Pintos, hay muchos fenómenos naturales que de manera inherente carecen de preferencia de la dirección del tiempo. En sentido estricto, la dirección de la flecha del tiempo no marca una diferencia en el marco matemático de la física. Es solo cuando se mide un sistema – y las mediciones introducen el azar – que la flecha del tiempo emerge de manera estocástica (de probabilidades).
Control de la flecha del tiempo
Las leyes fundamentales de la física mantienen que el tiempo es simétrico en el nivel cuántico, y el trabajo más reciente se apoya en esa idea. Los investigadores suelen cuantificar la emergencia de la flecha del tiempo “comparando la probabilidad de que ocurra un proceso de avance en el tiempo a su versión en tiempo reverso”, explicó García-Pintos.
El nuevo protocolo es un marco matemático que describe cómo evolucionan los sistemas cuánticos monitoreados. Los investigadores formularon un diseño similar a una máquina, aplicando el protocolo al sistema por medio de un mecanismo de retroalimentación. Lo fascinante es que eso les permitió “cancelar, amplificar o compensar” las perturbaciones causadas por la medición del sistema según declaraciones sobre los hallazgos. Como resultado, los investigadores podían “cambiar la forma en que evoluciona el sistema y reformular la flecha del tiempo”, según lo explicó García-Pintos.
¿Una máquina irreal?
Hay que señalar que este aparato no existe todavía aunque el trabajo presenta ideas convincentes. El equipo quiere demostrar su idea de manera experimental usando qubits superconductores. Si lo concretan, creen que el mecanismo maximizará el potencial de energía de tecnologías como las baterías cuánticas o algoritmos específicos de los dispositivos cuánticos.
Con todo, García-Pintos dijo que la herramienta era “general” tanto como para que otros investigadores pudieran encontrar usos inesperados para ella. Lo siguiente que planean es poner a prueba su protocolo con qubits superconductores para evaluar cómo podrían aplicarse sus hallazgos en contextos más académicos.
“La forma en que expresamos cómo evoluciona un sistema cuántico monitoreado permite diferentes formas de pensar en la dinámica estocástica de los sistemas cuánticos monitoreados. Eso a su vez da lugar a nuestras formas de mediciones de aprovechamiento cuántico para dirigir las dinámicas de un sistema cuántico, algo muy entretenido”, dijo el físico.
