Los físicos invirtieron el tiempo en la escala más pequeña utilizando una computadora cuántica

Un experimento reciente muestra cuánto margen de maniobra podemos esperar cuando se trata de distinguir el pasado del futuro, al menos en una escala cuántica.

Investigadores de Rusia y los Estados Unidos se unieron para encontrar una manera de romper, o al menos doblar, una de las leyes más fundamentales de la física sobre la energía.

La segunda ley de la termodinámica es una regla menos dura y más un principio rector para el Universo. Dice que las cosas calientes se enfrían con el tiempo a medida que la energía se transforma y se extiende desde las áreas donde es más intenso.

Es un principio que explica por qué su café no se calienta en una habitación fría, por qué es más fácil mezclar un huevo que descifrarlo, y por qué nadie le permitirá patentar una máquina de movimiento perpetuo.

También es lo más cerca que podemos llegar a una regla que nos dice por qué podemos recordar lo que cenamos anoche, pero no recordar la próxima Navidad.

“Esa ley está estrechamente relacionada con la noción de la flecha del tiempo que postula la dirección del tiempo en sentido único del pasado al futuro”, dice el físico cuántico Gordey Lesovik, del Instituto de Física y Tecnología de Moscú.

Prácticamente todas las demás reglas de la física pueden invertirse y aún tener sentido. Por ejemplo, podría hacer zoom en un juego de billar, y una sola colisión entre dos bolas no parecerá extraño si lo ve a la inversa.

Por otro lado, si observas que las bolas salen de los bolsillos y reforman la pirámide de inicio, sería una experiencia aleccionadora. Esa es la segunda ley en el trabajo para usted.

En la escala macro de tortillas y juegos de billar, no debemos esperar mucho en las leyes de la termodinámica. Pero a medida que nos centramos en los pequeños engranajes de la realidad, en este caso, los electrones solitarios, aparecen lagunas.

Los electrones no son como pequeñas bolas de billar, son más parecidos a la información que ocupa un espacio. Sus detalles están definidos por algo llamado ecuación de Schrödinger, que representa las posibilidades de las características de un electrón como una ola de azar.

Si esto es un poco confuso, volvamos a imaginar un juego de billar, pero esta vez las luces están apagadas. Comienzas con la información, una bola de señal, en tu mano y luego la envías rodando por la mesa.

La ecuación de Schrödinger te dice que la bola está en algún lugar de la mesa de billar que se mueve a una cierta velocidad. En términos cuánticos, la pelota está en todas partes a un montón de velocidades … algunas son más probables que otras.

Puede extender la mano y agarrarla para señalar su ubicación, pero ahora no está seguro de qué tan rápido fue. También puedes cepillar suavemente tu dedo contra él y saber con seguridad su velocidad, pero a dónde fue … ¿quién sabe?

Sin embargo, hay otro truco que podrías usar. Una fracción de segundo después de que empieces a rodar la bola, puedes estar bastante seguro de que todavía está cerca de tu mano moviéndose a una velocidad alta.

En un sentido, la ecuación de Schrödinger predice lo mismo para las partículas cuánticas. Con el tiempo, las posibilidades de las posiciones y velocidades de una partícula se expanden.

“Sin embargo, la ecuación de Schrödinger es reversible”, dice el científico de materiales Valerii Vinokur, del Laboratorio Nacional de Argonne en los Estados Unidos.

“Matemáticamente, significa que bajo una cierta transformación llamada conjugación compleja, la ecuación describirá un electrón” embarrado “que se ubica nuevamente en una pequeña región del espacio durante el mismo período de tiempo”.

Es como si tu bola de señal ya no se extendiera en una ola de infinitas posiciones posibles a través de la mesa oscura, sino que se rebobinara en tu mano.

En teoría, no hay nada que evite que ocurra espontáneamente. Sin embargo, deberías mirar a 10 mil millones de mesas de billar de tamaño electrónico cada segundo y la vida de nuestro Universo para que suceda una vez.

En lugar de esperar pacientemente y ver cómo los fondos se filtran, el equipo usó los estados indeterminados de partículas en una computadora cuántica como su bola de billar, y una manipulación inteligente de la computadora como su “máquina del tiempo”.

Cada uno de estos estados, o qubits, se organizó en un estado simple que correspondía a una mano que sostenía la pelota. Una vez que la computadora cuántica se puso en acción, estos estados se desplegaron en un rango de posibilidades.

Al ajustar ciertas condiciones en la configuración de la computadora, esas posibilidades se limitaron de una manera que rebobinó efectivamente la ecuación de Schrödinger de forma deliberada.

Para probar esto, el equipo lanzó la configuración nuevamente, como si pateara una mesa de billar y observara cómo las bolas dispersas se reorganizan en la forma de pirámide inicial. En aproximadamente el 85 por ciento de las pruebas basadas en solo dos qubits, esto es exactamente lo que sucedió.

En un nivel práctico, los algoritmos que utilizaron para manipular la ecuación de Schrödinger para que se rebobinen de esta manera podrían ayudar a mejorar la precisión de las computadoras cuánticas.

 

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