Cómo las simulaciones de viajes al pasado podrían mejorar los experimentos del futuro

Si los experimentadores cuánticos pudieran doblar la flecha del tiempo, su ventaja sería significativamente mayor, lo que llevaría a resultados significativamente mejores.

De hecho, ahora investigadores de la Universidad de Cambridge han demostrado que manipulando el entrelazamiento, una característica de la teoría cuántica que hace que las partículas estén intrínsecamente unidas, pueden simular lo que podría suceder si uno pudiera viajar hacia atrás en el tiempo. De modo que, en algunos casos, se podrían cambiar retroactivamente acciones pasadas y mejorar resultados en el presente.

El hecho de que las partículas pueden viajar hacia atrás en el tiempo es un tema controvertido entre los físicos, aunque los científicos han simulado previamente modelos de cómo se comportarían esos bucles espacio-temporales si existieran. Al conectar su nueva teoría con la metrología cuántica, que utiliza la teoría cuántica para realizar mediciones altamente sensibles, el equipo de Cambridge ha demostrado que el entrelazamiento puede resolver problemas que de otro modo parecen imposibles. El estudio acaba de publicarse en la revista Physical Review Letters.

“Imagínese que quiere enviar un regalo a alguien: debe cusarlo el primer día para asegurarse de que llegue el tercer día -explica el autor principal David Arvidsson-Shukur, del Laboratorio Hitachi de Cambridge-. Sin embargo, sólo recibe la lista de deseos de esa persona el segundo día. Entonces, en este escenario que respeta la cronología, es imposible saber de antemano qué querrán como regalo y asegurarse de enviar el correcto. Ahora imagine que puede cambiar lo que envía el primer día con la información de la lista de deseos recibida el segundo día. Nuestra simulación utiliza manipulación de entrelazamiento cuántico para mostrar cómo se pueden cambiar retroactivamente acciones anteriores para garantizar que el resultado final sea el que desea”.

La simulación se basa en el entrelazamiento cuántico, que consiste en fuertes correlaciones que las partículas cuánticas pueden compartir y las partículas clásicas (aquellas gobernadas por la física cotidiana) no.

La característica de la física cuántica es que si dos partículas están lo suficientemente cerca entre sí como para interactuar, pueden permanecer conectadas incluso cuando están separadas. Ésta es la base de la computación cuántica: el aprovechamiento de partículas conectadas para realizar cálculos demasiado complejos para las computadoras clásicas.

“En nuestra propuesta, un experimentalista entrelaza dos partículas -graficó la coautora Nicole Yunger Halpern, investigadora del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y de la Universidad de Maryland-. La primera partícula se envía luego para ser utilizada en un experimento. Al obtener nueva información, el experimentador manipula la segunda partícula para alterar efectivamente el estado pasado de la primera partícula, cambiando el resultado del experimento”.

“El efecto es notable, pero ocurre sólo una vez de cada cuatro -advirtió Arvidsson-Shukur-. En otras palabras, la simulación tiene un 75% de posibilidades de fallar. Pero la buena noticia es que sabes si has fracasado. Si nos quedamos con nuestra analogía del regalo, una de cada cuatro veces el regalo será el deseado (por ejemplo un pantalón), otra vez será un pantalón pero de la talla equivocada, o del color erróneo, o será un saco”.

Para dar relevancia a su modelo en relación con las tecnologías, los teóricos lo conectaron con la metrología cuántica. En un experimento común, se proyectan fotones (pequeñas partículas de luz) sobre una muestra de interés y luego se registran con un tipo especial de cámara. Para que este experimento sea eficaz, los fotones deben prepararse de cierta manera antes de que lleguen a la muestra. Los investigadores han demostrado que incluso si aprenden cómo preparar mejor los fotones sólo después de que hayan llegado a la muestra, pueden utilizar simulaciones de viajes en el tiempo para cambiar retroactivamente los fotones originales.

Para contrarrestar las altas posibilidades de fracaso, los teóricos proponen enviar una gran cantidad de fotones entrelazados, sabiendo que algunos eventualmente llevarán la información correcta y actualizada. Luego usarían un filtro para garantizar que los fotones correctos pasen a la cámara, mientras que el filtro rechaza el resto de los fotones erróneos.

“Considere nuestra analogía anterior sobre los regalos -dijo el coautor Aidan McConnell, quien llevó a cabo esta investigación durante su maestría en el Laboratorio Cavendish en Cambridge y ahora es estudiante de doctorado en ETH, Zurich-. Digamos que enviar regalos es económico y podemos mandar numerosos paquetes desde el primer día. En la segunda jornada sabemos qué obsequio deberíamos haber enviado. Cuando los paquetes llegan al tercer día, uno de cada cuatro será correcto y los seleccionamos indicando al destinatario qué entregas debe descartar”.

“Que necesitemos utilizar un filtro para que nuestro experimento funcione es realmente bastante tranquilizador -afirmó Arvidsson-Shukur-. El mundo sería muy extraño si nuestra simulación de viaje en el tiempo funcionara siempre. La relatividad y todas las teorías sobre las que estamos construyendo nuestra comprensión de nuestro universo quedarían fuera. No proponemos una máquina para viajar en el tiempo, sino más bien una inmersión profunda en los fundamentos de la mecánica cuántica. Estas simulaciones no te permiten volver atrás y alterar tu pasado, pero sí te permiten crear un mañana mejor solucionando hoy los problemas de ayer”, concluyó.