Redacción
Los científicos esperan que sus algoritmos ayuden a mejorar las computadoras cuánticas antes de que sea posible viajar en el tiempo.
Una computadora cuántica ha logrado viajar al pasado por una fracción de segundo en el curso de unos experimentos liderados por científicos rusos, que también han calculado la probabilidad de un viaje temporal semejante para un electrón en el espacio vacío interestelar, informa Phys.org.
En su obra, los investigadores de la Universidad de Física y Tecnología de Moscú consideraron la posibilidad de violar el segundo principio de la termodinámica.
"Esta ley está estrechamente relacionada con la noción de la flecha del tiempo, que postula la dirección del tiempo desde el pasado hacia el futuro", comentó el autor principal, Gordéi Lesovik, director del laboratorio de física cuántica de la citada universidad.
De esta ley se desprende que un sistema aislado o bien se mantiene estático o evoluciona hacia el caos más que hacia el orden, lo que supone la irreversibilidad del tiempo.
Al respecto, Lesovik asegura que "hemos creado un estado que evoluciona en la dirección opuesta a la flecha del tiempo termodinámica".
Retroceso espontáneo
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Los investigadores decidieron comprobar si el tiempo puede retroceder espontáneamente, por lo menos para una partícula diminuta. Con este fin trabajan en la localización de un electrón solitario en el espacio vacío, usando la ecuación de Shrödinger, que gobierna el mundo cuántico.
Sus cálculos se basaron en la teoría de que el electrón difumina su localización —o la función de la onda cuántica— gradualmente en el espacio, sucumbiendo a la flecha temporal termodinámica.
Sin embargo, los científicos tomaron en cuenta la influencia de las fluctuaciones del fondo de microondas del espacio, capaz teóricamente en cierto momento de hacer retroceder la función de onda cuántica del electrón hacia un estado previo, en otras palabras, logrando que el electrón evolucione hacia el pasado.
Según sus cálculos este retroceso puede producirse solo durante 0,06 nanosegundos y en un lapso igual a la edad del universo, o 13.700 millones de años.
Algoritmos cuánticos
Para comprobar en la práctica esta posibilidad de violación de la segunda ley termodinámica, los investigadores rusos colaboraron con físicos del Laboratorio Nacional de Argonne (EE.UU.) y la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (Suiza) en una multitud de experimentos con una computadora cuántica de IBM.
En ellos utilizaron modelos de dos y luego tres cúbits —el cúbit (o bit cuántico) es una unidad mínima de información cuántica, análogo del bit en la informática— que pasaron por cuatro fases.
Los experimentos mostraron que en el 85% de los casos el sistema de dos cúbits regresó a la configuración inicial, mientras que en el sistema de tres el nivel de éxito fue del 49%. Los autores del estudio aluden a las imperfecciones de la actual computadora cuántica, que saben cómo ajustar.
"Nuestro algoritmo puede ser actualizado y usado para probar programas escritos para las computadoras cuánticas y eliminar el ruido y errores", precisó Andréi Lébedev, uno de los autores del estudio.
Este experimento de física cuántica, dirigido por GordeyLesovik, desafía aparentemente la Segunda Ley de la Termodinámica, que gobierna la dirección del tiempo desde el pasado hasta el futuro.
“Este es uno de una serie de artículos sobre la posibilidad de violar la Segunda Ley de la Termodinámica. Dicha ley está estrechamente relacionada con la noción de la flecha del tiempo, y obliga a que el tiempo fluya en un solo sentido: del pasado hacia el futuro”, explica Lesovik sobre el estudio este miércoles en la revista ScientificReports.
Este es uno de una serie de artículos sobre la posibilidad de violar la Segunda Ley de la Termodinámica. Dicha ley está estrechamente relacionada con la noción de la flecha del tiempo, y obliga a que el tiempo fluya en un solo sentido: del pasado hacia el futuro”, explica GordeyLesovik, director de un experimento de física cuántica en que se ha logrado regresar una fracción de segundo hacia el pasado.
Viajar en el tiempo es matemáticamente posible
Un investigador de la Universidad de British Columbia (UBC) dice haber desarrollado un modelo de máquina matemática para viajar en el tiempo.
Ben Tippett, profesor de Matemáticas y Física en el campus Okanagan de la UBC, publicó recientemente un estudio sobre la viabilidad del viaje en el tiempo. Tippett, cuyo campo de especialización es la teoría de la relatividad general (de Albert Einstein), estudia los agujeros negros y la ciencia ficción cuando no está enseñando. Usando matemáticas y física, él ha creado una fórmula que describe un método para viajar en el tiempo.
"Las personas piensan que el viaje en el tiempo es algo de la ficción (…) Tendemos a pensar que no es posible porque no lo hacemos, pero, matemáticamente, es posible", afirma Tippett.
Las personas piensan que el viaje en el tiempo es algo de la ficción (…) Tendemos a pensar que no es posible porque no lo hacemos, pero, matemáticamente, es posible", afirma Ben Tippett, profesor de Matemáticas y Física en el campus Okanagan de la Universidad de British Columbia (UBC).
De acuerdo con el estudio del científico, dividir la realidad en tres dimensiones espaciales y una temporal que actúa separadamente es un error. En realidad, debemos imaginar las cuatro dimensiones simultáneamente, como en un continuo espacio-tiempo.
Tippett asevera, basándose en la teoría general de la relatividad de Einstein, que la curvatura del espacio-tiempo explica las órbitas curvas de los planetas. En un espacio-tiempo no curvado, los planetas y las estrellas se moverían en líneas rectas. Sin embargo, en las proximidades de una estrella masiva, la geometría espacio-tiempo se curva y las trayectorias rectas de los planetas cercanos siguen esa curvatura y se doblan alrededor de la estrella.
Tippett agrega que la dirección temporal de la superficie espacio-tiempo también posee una curvatura. Hay evidencias, por ejemplo, de que el tiempo transcurre más lentamente cuanto más cerca estemos de un agujero negro.
El científico explica que su modelo de máquina del tiempo utiliza el espacio-tiempo curvado para doblar el tiempo en un círculo, capaz de llevar a las personas hacia atrás en el tiempo.
Pese a que se puede describir este tipo de viajes en el tiempo usando una ecuación matemática, Tippett duda que sea posible construir una máquina que funcione en el mundo real.
"A pesar de que es matemáticamente factible, todavía no es posible construir una máquina espacio-temporal porque necesitamos materiales para doblar el espacio-tiempo en estas formas imposibles, pero ellos aún han sido descubiertos", concluye Tippett.
Los físicos invierten el tiempo usando la computadora cuántica
Investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú se unieron a colegas de los Estados Unidos y Suiza y devolvieron el estado de una computadora cuántica una fracción de segundo hacia el pasado. También calcularon la probabilidad de que un electrón en el espacio interestelar vacío regrese espontáneamente a su pasado reciente. El estudio se publica en Informes científicos.
"Este es uno de una serie de artículos sobre la posibilidad de violar la segunda ley de la termodinámica . Esa ley está estrechamente relacionada con la noción de la flecha del tiempo que postula la dirección del tiempo en sentido único desde el pasado al futuro" dijo el autor principal del estudio, Gordey Lesovik, que dirige el Laboratorio de Física de la Tecnología de la Información Cuántica en MIPT.
"Comenzamos describiendo una llamada máquina de movimiento perpetuo local del segundo tipo. Luego, en diciembre, publicamos un documento que analiza la violación de la segunda ley a través de un dispositivo llamado demonio de Maxwell", dijo Lesovik. "El artículo más reciente aborda el mismo problema desde un tercer ángulo: hemos creado artificialmente un estado que evoluciona en una dirección opuesta a la de la flecha termodinámica del tiempo".
Lo que hace que el futuro sea diferente del pasado.
La mayoría de las leyes de la física no hacen distinción entre el futuro y el pasado. Por ejemplo, permita que una ecuación describa la colisión y el rebote de dos bolas de billar idénticas. Si un primer plano de ese evento se graba con una cámara y se reproduce al revés, todavía puede representarse con la misma ecuación. Además, no es posible distinguir de la grabación si ha sido manipulada. Ambas versiones parecen plausibles. Parecería que las bolas de billar desafían el sentido intuitivo del tiempo.
Sin embargo, imagine que graba una bola de billar rompiendo la pirámide de bolas y vemos las bolas de billar dispersándose en todas direcciones. En ese caso, es fácil distinguir el escenario de la vida real de la reproducción inversa. Lo que hace que esto último parezca tan absurdo es nuestra comprensión intuitiva de la segunda ley de la termodinámica: un sistema aislado o bien permanece estático o evoluciona hacia un estado de caos en lugar de orden.
La mayoría de las otras leyes de la física no impiden que las bolas de billar enrolladas se junten en una pirámide, que el té infundido fluya de regreso a la bolsa de té o que un volcán "haga erupción" en sentido inverso. Pero estos fenómenos no se observan, ya que requerirían que un sistema aislado asumiera un estado más ordenado sin ninguna intervención externa, lo que va en contra de la segunda ley. La naturaleza de esa ley no se ha explicado en detalle, pero los investigadores han avanzado mucho en la comprensión de los principios básicos que la respaldan.
Reversión espontáneadel tiempo
Los físicos cuánticos de MIPT decidieron verificar si el tiempo podía revertirse espontáneamente al menos para una partícula individual y una pequeña fracción de segundo. Es decir, en lugar de chocar bolas de billar, examinaron un electrón solitario en el espacio interestelar vacío.
"Supongamos que el electrón está localizado cuando comencemos a observarlo. Esto significa que estamos bastante seguros de su posición en el espacio. Las leyes de la mecánica cuántica nos impiden conocerlo con absoluta precisión, pero podemos delinear una pequeña región donde el electrón está localizado ", dice el coautor del estudio Andrey Lebedev de MIPT y ETH Zurich.
El físico explica que la evolución del estado electrónico se rige por la ecuación de Schrödinger. Aunque no hace distinción entre el futuro y el pasado, la región del espacio que contiene el electrón se expandirá muy rápidamente. Es decir, el sistema tiende a volverse más caótico. La incertidumbre de la posición del electrón está creciendo. Esto es análogo al creciente desorden en un sistema a gran escala, como una mesa de billar, debido a la segunda ley de la termodinámica.
Las cuatro etapas del experimento real en una computadora cuántica reflejan las etapas del experimento mental que involucra 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 ... más"Sin embargo, la ecuación de Schrödinger es reversible", agrega Valerii Vinokur, coautora del artículo, del Laboratorio Nacional de Argonne, EE. UU. "Matemáticamente, significa que, bajo una cierta transformación denominada conjugación compleja, la ecuación describirá una "La localización de electrones en una pequeña región del espacio durante el mismo período de tiempo". Aunque este fenómeno no se observa en la naturaleza, en teoría podría ocurrir debido a una fluctuación aleatoria en el fondo cósmico de microondas que impregna el universo.
El equipo se dispuso a calcular la probabilidad de observar un electrón "manchado" en una fracción de segundo, localizándose espontáneamente en su pasado reciente. Resultó que incluso a lo largo de toda la vida del universo (13.7 mil millones de años), observando 10 mil millones de electrones localizados cada segundo, la evolución inversa del estado de la partícula solo sucedería una vez. E incluso en ese caso, el electrón no viajaría más que un simple diez mil millones de segundos hacia el pasado.
Los fenómenos a gran escala que involucran bolas de billar y volcanes se desarrollan obviamente en escalas de tiempo mucho mayores y cuentan con un número asombroso de electrones y otras partículas. Esto explica por qué no observamos que las personas mayores se estén volviendo más jóvenes o una mancha de tinta que se separa del papel.
Tiempo de inversión bajo demanda
Los investigadores luego intentaron revertir el tiempo en un experimento de cuatro etapas. En lugar de un electrón, observaron el estado de una computadora cuántica formada por dos y más tarde tres elementos básicos llamados qubits superconductores.