Tendencias 21. Ciencia, tecnología, sociedad y cultura




Simulan con éxito la inversión del tiempo en un sistema cuántico

Crean un estado que evoluciona en sentido contrario a la flecha del tiempo


Científicos rusos han conseguido simular la inversión del tiempo en un ordenador cuántico: crearon un estado que evoluciona en sentido contrario a la flecha del tiempo. No han descubierto la forma de viajar al pasado, sino de mejorar la computación cuántica.


Eduardo Martínez de la Fe
Eduardo Martínez de la Fe, es el Editor de Tendencias21. Saber más del autor



Diseñador: @tsarcyanide , MIPT Press Service.
Diseñador: @tsarcyanide , MIPT Press Service.
Investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, junto a colegas de Estados Unidos y Suiza, han conseguido algo sorprendente: llevar al pasado a un ordenador cuántico y volverlo a traer al presente una fracción de segundo después.

Algo así como visto y no visto, pero científicamente experimentado: la flecha del tiempo puede revertirse. Ya se sabía que no existe una ley física que impida, teóricamente, que un huevo batido vuelva a su estado original, o que las bolas de billar dispersas sobre la mesa retornen espontáneamente al triángulo que originó la partida.

Pero la naturaleza no funciona así: el segundo principio de la termodinámica establece que los cuerpos evolucionan solo en una dirección, del presente al futuro, y no al revés. Pero este experimento plantea que no siempre es así, al menos en el universo cuántico.

No es la primera vez que el mundo cuántico nos sorprende: incluso sabemos que funciona en contra del sentido común, ya que las partículas elementales pueden estar en varios sitios a la vez, viajar por el espacio sin seguir la flecha del tiempo e incluso reaccionar según lo que los científicos esperan de ellas.

Rizando el rizo cuántico

El nuevo experimento riza aún más el rizo de los entresijos del mundo cuántico y se ha realizado con un ordenador que todavía está en sus primeros pasos y que funciona de forma diferente a la de los ordenadores clásicos: el ordenador cuántico.

La computación clásica se basa en el tratamiento de enormes trenes de unos y ceros que, debidamente estructurados, componen los mensajes que viajan a través de internet: escribimos un mensaje, el ordenador lo traduce a unos y ceros (bits), lo envía a través de la red y el ordenador receptor lo recibe, lo interpreta y nos lo traduce para que podamos leerlo en la misma forma en que fue escrito. 

La computación cuántica es mucho más avanzada: se basa en la superposición de estados para gestionar la información. La superposición de estados es una propiedad de la mecánica cuántica, que permite a una partícula estar en dos o más estados a la vez. Sólo la observación humana (medición) concreta uno de los posibles estados. El gato de Schrödinger es el ejemplo más elocuente de este misterio.

En la computación cuántica no se utiliza por lo tanto el bit (los unos y los ceros seguidos unos de otros), sino el cúbit, unidad básica de esta computación: es un sistema cuántico con dos estados propios y que puede ser manipulado a voluntad.

Cada cúbit puede ser un uno y un cero a la vez, sin que esta condición cuántica no sólo no impida la correcta transmisión del mensaje, sino que la potencia: el cúbit permite que la información circule por las redes a una velocidad muy superior, respecto a la de la computación clásica.

Las cuatro etapas del experimento real en ordenador cuántico reflejan las etapas del experimento mental con un electrón en el espacio y la analogía imaginaria con las bolas de billar. Cada uno de los tres sistemas evoluciona inicialmente desde el orden hacia el caos (del presente al futuro), pero luego una perturbación externa perfectamente sincronizada invierte este proceso. Crédito: @tsarcyanide / MIPT Press Office
Las cuatro etapas del experimento real en ordenador cuántico reflejan las etapas del experimento mental con un electrón en el espacio y la analogía imaginaria con las bolas de billar. Cada uno de los tres sistemas evoluciona inicialmente desde el orden hacia el caos (del presente al futuro), pero luego una perturbación externa perfectamente sincronizada invierte este proceso. Crédito: @tsarcyanide / MIPT Press Office
Cúbit al pasado

Es en este contexto en el que se sitúa el experimento de los científicos rusos. Lo que hicieron fue desarrollar unos cúbits en el seno de uno de los ordenadores cuánticos creados por IBM para la experimentación por parte de la comunidad científica.

A continuación hicieron evolucionar a los cúbits, es decir, les cambiaron su estado siguiendo la flecha del tiempo del presente al futuro, y luego los volvieron al estado en el que se encontraban antes del experimento, que duró una fracción de segundo.

Habían conseguido, extrapolando el experimento al mundo ordinario, que las bolas de billar volvieran al triángulo de partida, tal como se encontraban antes de empezar a jugar. O que el huevo batido se volviera a meter dentro de la cáscara, como si realmente nadie lo hubiera roto y batido.

El resultado abre la posibilidad de que un ordenador cuántico regrese periódicamente al pasado inmediato para corregir posibles errores y desarrollar nuevas funciones como si nada hubiera ocurrido, sin arrastrar las consecuencias de los fallos anteriores.

Algoritmo complejo

La hazaña se logró utilizando un algoritmo cuántico complejo que se ejecutó miles de veces y logró una tasa de éxito del 85% para revertir dos cúbits a su estado original. Pero si en vez de dos, realizaban el experimento con tres cúbits, la tasa de éxito se reduce al 50%.  

Gordey Lesovik, autor principal del  estudio, explica en un comunicado: “Hemos creado artificialmente un estado que se está moviendo en la dirección opuesta a la flecha de tiempo termodinámico”. Teóricamente, han simulado con éxito la inversión del tiempo.

El experimento, trascendental para la computación cuántica, no debe extrapolarse fuera de sus propios límites: la inversión de la flecha del tiempo conseguida no significa que en realidad los científicos hayan logrado que un cúbit regrese al pasado, sino que se comporte como si realmente hubiera sido así.

Todo se ha desarrollado en el plano teórico, en una simulación, por lo que no se puede afirmar que la ciencia haya descubierto realmente una forma de viajar al pasado. Sólo ha descubierto una forma original y sorprendente de que los ordenadores cuánticos puedan mejorar el ruido de fondo y los errores: podrán retroceder “al pasado” de manera efectiva, limpiar los errores y funcionar así de manera mucho más eficiente.

Trascendencia teórica

Ello no resta valor alguno al significado teórico del descubrimiento. Según otro de los autores, Valery Vinokur, la ecuación de Schrödinger es reversible. "Desde un punto de vista matemático, esto significa que si se la somete a una cierta transformación, la ecuación resultante describirá cómo el electrón disperso se vuelve a localizar en el mismo momento en que se dispersó".

"Los resultados también dan un guiño a la idea de que la irreversibilidad resulta de la medición, destacando el papel que el concepto de “medición” juega en la base misma de la física cuántica “, añade Gordey Lesovik. Si no hay medición, viene a decir, el tiempo es reversible.

Este descubrimiento destaca la importancia de la medición en el colapso de una función de onda que convierte las posibilidades de un sistema cuántico en una realidad concreta: el gato finalmente está vivo o muerto dependiendo del dispositivo de medición, tal como interpreta el realismo cuántico la ecuación de Schrödinger, según explicamos en otro artículo.

Los investigadores rusos suspendieron al cúbit en su superposición de estados, en el mismo limbo que caracteriza al gato de Schrödinger, y allí se conservó (fracciones de segundo) hasta que se retomó la medida. "Esa fue la parte esencial de nuestro algoritmo”, señala Vinokur.
 

Referencia

Arrow of time and its reversal on the IBM quantum computer. G. B. Lesovik et al. Scientific Reports, volume 9, Article number: 4396 (2019). DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-40765-6


Lunes, 18 de Marzo 2019
Artículo leído 7419 veces



Nota



Comente este artículo

1.Publicado por TWG el 06/04/2019 19:50
¡Muy interesante! Justo buscaba sobre el cambio del espacio-tiempo y di con este artículo.

Saludos

Nuevo comentario:
Twitter

Los comentarios tienen la finalidad de difundir las opiniones que le merecen a nuestros lectores los contenidos que publicamos. Sin embargo, no está permitido verter comentarios contrarios a las leyes españolas o internacionales, así como tampoco insultos y descalificaciones de otras opiniones. Tendencias21 se reserva el derecho a eliminar los comentarios que considere no se ajustan al tema de cada artículo o que no respeten las normas de uso. Los comentarios a los artículos publicados son responsabilidad exclusiva de sus autores. Tendencias21 no asume ninguna responsabilidad sobre ellos. Los comentarios no se publican inmediatamente, sino que son editados por nuestra Redacción. Tendencias21 podrá hacer uso de los comentarios vertidos por sus lectores para ampliar debates en otros foros de discusión y otras publicaciones.

Otros artículos de esta misma sección
< >

Jueves, 12 de Septiembre 2019 - 09:20 El envejecimiento biológico puede ser reversible



¡Participa en el diseño del futuro!