Científicos logran la primera simulación de un agujero de gusano con un ordenador cuántico

Los hallazgos del experimento representan un paso importante hacia la posibilidad de estudiar la gravedad cuántica, una teoría física que busca unir la física cuántica con la gravedad.

Un agujero de gusano es un puente entre dos regiones del espacio-tiempo y, aunque su existencia no se ha comprobado, es compatible con la Teoría de la Relatividad. Ahora, unos científicos observaron algunas de sus dinámicas en una primera simulación holográfica gracias a un ordenador cuántico, según se detalla en un estudio publicado este miércoles (30.11.2022) por la revista Nature.

Los agujeros de gusano (también conocidos como puentes de Einstein-Rosen) se popularizaron en la ciencia ficción como una forma de viajar en el espacio-tiempo, pero la Teoría de la Relatividad dice que nada puede pasar a través de ellos. Sin embargo, en 2017 se ideó un escenario en el que una energía repulsiva negativa puede mantenerlos abiertos el tiempo suficiente para que algo pase de un extremo a otro.

Un paso hacia la llamada gravedad cuántica

El experimento, realizado con el procesador Google Sycamore, representa un paso hacia la posibilidad de estudiar la gravedad cuántica en el laboratorio. Los investigadores dicen que no se trata de la creación de un agujero de gusano real, sino que permite sondear las conexiones entre los agujeros de gusano teóricos y la física cuántica, una predicción de la llamada gravedad cuántica.

La gravedad cuántica es una teoría física hipotética que trata de conectar la gravedad con la física cuántica, dos descripciones fundamentales y bien estudiadas de la naturaleza que parecen inherentemente incompatibles entre sí.

El experimento “ofrece un potente banco de pruebas”

Es decir, este principio holográfico es una forma de conectar diferentes teorías que podría ayudar a reconciliar la mecánica cuántica y la relatividad general, explicando la relatividad como emergente de la física cuántica en un sistema físico restringido.

“Hemos encontrado un sistema cuántico que presenta las propiedades clave de un agujero de gusano gravitacional y que, sin embargo, es lo suficientemente pequeño como para implementarlo en el ‘hardware’ cuántico actual”, explicó Maria Spiropulu, autora principal del estudio.

Este trabajo constituye “un paso hacia un programa más amplio de pruebas de la física de la gravedad cuántica utilizando un ordenador cuántico” que no sustituye a los sondeos directos de la gravedad cuántica, pero “ofrece un potente banco de pruebas” para ejercitar algunas de sus ideas, agregó.


¿Cómo funciona la simulación?

La simulación se realizó con un ordenador cuántico formado por un circuito de nueve cúbits (bit cuántico), en el que un cúbit teletransportado a través del procesador muestra la misma dinámica que se esperaría si cruzara un agujero de gusano transitable.

Aunque la información cuántica puede transmitirse a través del dispositivo, o teletransportarse, de diversas maneras, se demostró que el proceso experimental es equivalente, al menos en algunos aspectos, a lo que podría ocurrir si la información viajara a través de un agujero de gusano. 

Faltan más experimentos y estudios

Los experimentos ofrecen una primera demostración de la posible viabilidad futura del uso de ordenadores cuánticos para probar las teorías de la gravedad cuántica. En el futuro, el equipo espera ampliar este trabajo a circuitos cuánticos más complejos. Aunque aún faltan años para que los ordenadores cuánticos sean auténticos, el equipo tiene previsto seguir realizando experimentos de este tipo en las plataformas de computación cuántica existentes.

JU (efe, caltech.edu, nature.com)

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