Una computadora cuántica ha simulado con éxito un agujero de gusano simplificado, una especie de túnel a través del espacio-tiempo. En la simulación, los investigadores pudieron enviar información a través del agujero de gusano.
Por primera vez ha logrado simular un agujero de gusano holográfico con la ayuda de una computadora cuántica. La palabra ‘holográfico’ aquí no se refiere a un holograma tal como lo conocemos, una imagen tridimensional, sino a una forma de simplificar los problemas de física en los que juegan un papel tanto los efectos cuánticos como los efectos gravitatorios.
Las simulaciones como este agujero de gusano pueden ayudar a los físicos a descubrir cómo unificar la teoría cuántica y la teoría de la gravedad en una sola teoría de la gravedad cuántica. Esa es una de las preguntas más importantes de la física.
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La mecánica cuántica determina las reglas en la escala de partículas diminutas. La teoría de la gravedad, la teoría general de la relatividad, trata precisamente de objetos gigantes. El problema es que estas dos teorías no son compatibles. Esto se vuelve dolorosamente claro en situaciones en las que ambos juegan un papel, como es el caso dentro y alrededor de los agujeros negros.
vista simplificada
El área alrededor de un agujero negro es muy compleja, pero la holografía ofrece una salida. La holografía es una técnica para crear una descripción del sistema que es menos complicada, pero equivalente al original. Así como un holograma bidimensional puede revelar detalles en tres dimensiones.
Físico María Espiropulu usó la computadora cuántica Sycamore de Google, junto con sus colegas del Instituto de Tecnología de California, para simular un agujero de gusano holográfico. hicieron uno agujero de gusano, un túnel a través del espacio-tiempo, con un agujero negro en cada extremo. En teoría, podrías enviar un mensaje a través de este túnel. Su simulación permitió a los físicos estudiar y describir el viaje de dicho mensaje a través del agujero de gusano.
Si fuera un agujero de gusano real, el viaje estaría sujeto a efectos gravitatorios. Pero para simplificar el sistema, el equipo de Spiropulu reemplazó los efectos de la gravedad con efectos cuánticos. Como resultado, ya no es necesario tener en cuenta las consecuencias de la relatividad.
Enviar mensaje
Cuando el mensaje viaja a través del agujero de gusano, se teletransporta cuánticamente. La información sobre el estado de dos partículas entrelazadas se intercambia a distancia. En esta simulación, el mensaje utilizado fue una señal que contenía dicho estado cuántico: un bit cuántico, o qubit, que estaba en una superposición de 1 y 0.
“La señal está codificada. Va a ser una especie de papilla, va a ser un caos. Y entonces será de nuevo desmontado, y emerge ileso al otro lado del agujero de gusano”, dice Spiropulu. “Incluso en una escala tan pequeña, pudimos sostener el agujero de gusano y las observaciones cumplieron con nuestras expectativas”.
Esto se debe al entrelazamiento cuántico entre los dos agujeros negros, lo que garantiza que la información que cae en un agujero negro salga ilesa del otro. Las computadoras cuánticas se basan en el entrelazamiento, una propiedad útil en este tipo de experimento de simulación.
Baja resolucion
La simulación tenía una resolución baja, porque solo se utilizaron nueve qubits. Es decir, la simulación, como una fotografía de un pájaro tomada desde lejos, mostró aproximadamente la forma del objeto representado, pero aún debe ajustarse. Solo entonces salieron a la luz las propiedades del agujero de gusano.
‘Si quieres comparar este modelo con un agujero de gusano, puedes hacerlo, porque hay muchas similitudes. Pero el modelo ciertamente deja algo a la interpretación’, dice el físico Adán marrón de la Universidad de Stanford en California. Él no participó en esta investigación.
Computadora cuántica más poderosa
El uso de una computadora cuántica más poderosa puede ayudar a aclarar aún más la imagen. ‘Esto es solo un agujero de gusano bebé, un primer paso para probar las teorías de la gravedad cuántica. A medida que las computadoras cuánticas ganen más capacidad, comenzaremos a usar sistemas cuánticos más grandes. Entonces también podemos probar ideas más grandes sobre la gravedad cuántica”, dice Spiropulu.
Esto es importante, porque algunas teorías de la gravedad cuántica son difíciles o incluso imposibles de comprender con las computadoras clásicas. La gravedad cuántica es confusa. Es difícil derivar predicciones de la teoría, y sería ideal usar computadoras cuánticas para responder preguntas sobre la gravedad cuántica”, dice Brown. “Pero eso no es lo que está pasando aquí. Esta es una computadora cuántica muy pequeña, por lo que también puedes hacer esta simulación en una computadora portátil. Para eso, ni siquiera es necesario encender la refrigeración.’
Aún así, la similitud entre esta simulación y un agujero de gusano ‘real’ sugiere que es posible probar ideas sobre la gravedad cuántica usando computadoras cuánticas. Tal vez algún día incluso entendamos la teoría.