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El tiempo cuántico corre hacia atrás y hacia adelante indistintamente

Un experimento observa que los sistemas microscópicos contienen información del futuro, y no sólo del pasado


En la mecánica cuántica, el tiempo va tanto hacia adelante como hacia atrás. Así parece demostrarlo un experimento realizado en Estados Unidos, que calculando 'hacia atrás' las probabilidades de que un sistema cuántico esté en un estado concreto de dos posibles, consigue una probabilidad de acierto del 90%, frente al 50% que se considera normal. Eso significa que los sistemas cuánticos contienen información sobre el futuro, al igual que sobre el pasado.





Kater Murch, junto al congelador de diluciones que ha utilizado para enfrir su qubit superconductor. Imagen: Joe Angeles. Fuente: WUSTL.
Kater Murch, junto al congelador de diluciones que ha utilizado para enfrir su qubit superconductor. Imagen: Joe Angeles. Fuente: WUSTL.
Estamos tan acostumbrados a las novelas policíacas que ni siquiera notamos cómo juegan con el tiempo los autores. Normalmente, el asesinato se produce mucho antes del punto medio del libro, pero hay un apagón informativo en ese punto y el lector no se entera de lo que sucedió hasta la última página.

Si la última página hubiera sido arrancada del libro, pregunta el físico Kater Murch, ¿estaría el lector más cerca de adivinar lo que pasó leyendo sólo hasta el fatal incidente o leyendo el libro entero?

La respuesta, tan evidente en el caso de una novela de misterio, no lo es tanto en el mundo de la mecánica cuántica, donde la indeterminación es algo esencial, y no algo forzado para nuestro placer lector.

Como si lo que hacemos hoy cambia lo que hicimos ayer

Aunque usted sepa todo lo que la mecánica cuántica puede decir acerca de una partícula cuántica, dice Murch, profesor ayudante de física en la Universidad de Washington en St. Louis (Missouri, EE.UU.), no se puede predecir con certeza el resultado de un experimento sencillo para medir su estado. Todo lo que la mecánica cuántica puede ofrecer son las probabilidades estadísticas de los posibles resultados.

El punto de vista ortodoxo es que esta indeterminación no es un defecto de la teoría, sino un hecho de la naturaleza. El estado de la partícula no es simplemente desconocido, sino realmente indefinido antes de que se mida. El acto de la medición en sí obliga a la partícula a caer en un estado definido.

En un artículo que se publicará este jueves en la revista Physical Review Letters, Kater Murch describe una forma de reducir las probabilidades. Mediante la combinación de información sobre la evolución de un sistema cuántico después de un tiempo objetivo con la información sobre su evolución hasta ese momento, su laboratorio fue capaz de reducir las probabilidades de adivinar correctamente el estado de un sistema de dos estados desde un 50-50 a un 90-10.

Es como si lo que hiciéramos hoy cambiara lo que hicimos ayer. Y como esta analogía sugiere, los resultados experimentales tienen consecuencias espeluznantes para el tiempo y la causalidad, por lo menos en el mundo microscópico al que se aplica la mecánica cuántica.

Medir un fantasma

Hasta hace poco tiempo, los físicos podían explorar las propiedades mecánico-cuánticas de las partículas individuales sólo a través de experimentos de pensamiento, porque cualquier intento de observar directamente hacía que perdieran sus misteriosas propiedades cuánticas.

Pero en los años 1980 y 1990 los físicos inventaron dispositivos que les permitieron medir estos frágiles sistemas cuánticos tan suavemente que no colapsan de inmediato a un estado definido.

El dispositivo que utiliza Murch para explorar el espacio cuántico es un circuito superconductor simple que entra en el espacio cuántico cuando se enfría hasta cerca del cero absoluto.

El equipo de Murch utiliza los dos niveles de energía inferiores de este qubit, el estado fundamental y un estado excitado, como su sistema cuántico modelo. Entre estos dos estados, hay un número infinito de estados cuánticos que son superposiciones, o combinaciones, de los estados fundamental y excitado.

El estado cuántico del circuito se detecta al ponerlo dentro de una caja de microondas. Unos pocos fotones de microondas se envían a la caja, donde sus campos cuánticos interactúan con el circuito superconductor. Así que cuando los fotones salen de la caja llevan información sobre el sistema cuántico.

Básicamente, estas medidas "débiles", no resonantes, no perturban al qubit, a diferencia de las medidas "fuertes" con fotones que están en resonancia con la diferencia de energía entre los dos estados, que hacen que el circuito caiga a uno u otro estado.

Adivinanzas cuánticas

En el artículo, Murch describe un juego de adivinanzas cuánticas con el qubit. "Empezamos cada ronda poniendo el qubit en una superposición de los dos estados", explica, en la nota de prensa de la universidad, recogida por Newswise. "Luego hacemos una medida fuerte pero ocultamos el resultado, y seguimos haciendo medidas débiles del sistema."

A continuación, tratan de adivinar el resultado oculto, que es su versión de la página que falta en la novela de misterio. "Calculando hacia adelante, es decir, utilizando la regla de Born, que expresa la probabilidad de encontrar el sistema en un estado concreto, las probabilidades de acertar son sólo 50-50", explica Murch. "Pero también se puede calcular hacia atrás usando algo llamado una matriz efecto. Basta con coger todas las ecuaciones y darles la vuelta. Siguen funcionando y se puede volver atrás en la trayectoria".

"Así que hay una trayectoria hacia atrás y otra hacia adelante, y si nos fijamos en los dos a la vez y damos igual importancia a ambas informaciones, obtenemos algo que llamamos una predicción retrospectiva, o retrodicción.

Lo demoledor de la retrodicción es que tiene un 90 por ciento de precisión. Cuando los físicos cotejan sus resultados con la medición almacenada del estado anterior del sistema acierta nueve de cada 10 veces.

En la madriguera del conejo

El juego de adivinanzas cuánticas sugiere maneras de hacer que tanto la computación cuántica como el control cuántico de sistemas abiertos, como las reacciones químicas, sean más robustos. Pero también tiene implicaciones para problemas mucho más profundos de la física.

Por un lado, se sugiere que el tiempo del mundo cuántico se dirige tanto hacia atrás como hacia adelante, mientras que en el mundo clásico sólo se ejecuta hacia adelante.

"Siempre pensé que la medida resolvería la simetría del tiempo en la mecánica cuántica", afirma Murch. "Si medimos una partícula en una superposición de estados y cae en uno de dos estados, bueno, eso suena como un proceso que va hacia adelante en el tiempo."

Pero en el juego de adivinanzas cuánticas, la simetría del tiempo ha vuelto. La capacidad mejorada de acierto implica que el estado cuántico medido incluye información sobre el futuro igual que sobre el pasado. Y eso implica que el tiempo, claramente una flecha en el mundo clásico, es una flecha de dos puntas en el mundo cuántico.

"No está claro por qué en el mundo real, el mundo hecho de muchas partículas, el tiempo sólo va hacia adelante y la entropía siempre aumenta", reconoce Murch. "Pero mucha gente están trabajando en ese problema y espero que sea resuelto en unos pocos años".

Causa y efecto

En un mundo donde el tiempo es simétrico, ¿hay tal cosa como causa y efecto? Para averiguarlo, Murch propone ejecutar un experimento con qubits que establezca circuitos de retroalimentación (que son cadenas de causa y efecto) y tratar de ejecutarlos tanto hacia delante como hacia atrás.

"Se tarda 20 o 30 minutos en ejecutar uno de estos experimentos", afirma Murch, "varias semanas en procesarlos, y un año en rascarse la cabeza para ver si estamos locos o no". "Al final del día me consuela el hecho de que tenemos un experimento real y datos reales que representamos en curvas reales."

Referencia bibliográfica:

D. Tan, S. Weber, I. Siddiqi, K. Mølmer, K. W. Murch. Prediction and retrodiction for a continuously monitored superconducting qubit. Physical Review Letters (2015). arXiv:1409.0510.


Martes, 10 de Febrero 2015
Newswise/T21
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Nota



Comente este artículo

1.Publicado por Alejandro Álvarez Silva el 12/02/2015 18:52
Un interesantísimo logro ya adivinado en otros experimentos.

2.Publicado por Alejandro Álvarez Silva el 13/02/2015 10:35
Un artículo muy interesante sobre algo ya obtenido en experimentos anteriores.

3.Publicado por Antonio SALGUERO el 14/08/2015 03:58
___Lo que me llama mucho la atención de este artículo, es que el profesor ayudante de física, el Dr Kater Murch, intenta “predecir” de algún modo el comportamiento de las partículas subatómicas, por mucho que diga que desea encontrar una probabilidad estadística.
___Quizás lo haga para tratar de encontrar una ley de las ya conocidas que pueda explicar lo que se observa, pues las partículas subatómicas “siempre se mueven sin la presencia de efectos gravitatorios, lo hacen a unas velocidades distintas a las que observamos en la materia densa (mayor que la luz) y además siempre lo hacen en un medio llamado Antimateria, o bien, la No-Materia que existe en el interior del átomo.
___Sin ánimo de ser obsceno en mi comentario, es como intentar predecir las probabilidades de localizar a una mosca, con los elementos que usaría una tortuga de mar. Es decir, no sólo cambian los medios (dimensiones) sino que además las velocidades son otras.
___Pero sigamos adelante. Vayamos a la parte positiva de las conclusiones.
___”En el estudio, se sugiere que el tiempo del mundo cuántico se dirige tanto hacia atrás como hacia adelante, mientras que en el mundo clásico, el tiempo sólo se ejecuta hacia adelante”.
___Lo que yo puedo acotar es que: El Tiempo en realidad, sólo es información que se trasmite a velocidades distintas. Una cosa es el Tiempo (información trasmitida) en el mundo clásico y denso de la materia. Y otra cosa bastante distinta es el Tiempo (información trasmitida) en el seno cuántico de la No-Materia.
___En el mundo denso de nuestro planeta, el Tiempo se manifiesta como una especie de resultado propio de la información de las tendencias inherentes de la materia.
___En el ámbito de la No-Materia, que es muy superior al cosmos conocido, las cosas son bastante diferentes. El Tiempo en la Materia Oscura, “es información que se ha transformado en Hologramas, como producto de una de las propiedades fundamentales de las partículas subatómicas”.
___Estos Hologramas virtuales de partículas, como están siempre presentes, contienen vigente toda la información en dimensiones paralelas y simultáneas, ya sea ésta del pasado, sea de nuestro presente, como del futuro que se avecina. Sobre el pasado y el presente no es necesario acotar mucho. El futuro se construye merced a distintos niveles, que van desde la materia no-inteligente, a la complejidad inteligente de los seres vivos. Los Humanos son los únicos (por ser un Bio-Sistema de partículas cuánticas inteligentes) que pueden pensar, crear o generar diversas posibilidades de acción posibles en el plano virtual. Sólo que en el aspecto denso de la Tierra, elegirán con los atributos del cuerpo físico, sólo una de tantas posibilidades posibles. ___Un abrazo a ustedes.

4.Publicado por Fjf el 16/08/2015 20:18
Se ha expuesto que si no se observa el resultado es imprevisible, pero si hay observación el resultado es modificado.
Mi pregunta es: ¿Se puede obtener un resultado al centrar nuestra atención sobre un acotentecimiento concretó en nuestra vida?
Un Saludo.

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