De la ciencia ficción a la simulación cuántica: investigadores recrean un agujero de gusano holográfico por primera vez

Representación de un experimento cuántico que observa el comportamiento de los agujeros de gusano atravesables.
Representación de un experimento cuántico que observa el comportamiento de los agujeros de gusano atravesables.
inqnet/A. Mueller (Caltech)

Un equipo de científicos de EE UU ha conseguido crear una simulación de un agujero de gusano holográfico en un ordenador cuántico por primera vez, según recoge este miércoles la revista Nature. La demostración, realizada con el procesador Sycamore de Google, representa un paso hacia la posibilidad de estudiar la gravedad cuántica en un laboratorio.

Un agujero de gusano se trata de un puente que conecta que dos regiones del espacio-tiempo. Esta estructura es compatible con la Teoría de la Relatividad de Einstein, aunque su existencia aún no ha sido probada. No obstante, investigadores del Instituto Tecnológico de California (Caltech) han podido observar algunas de sus dinámicas con una simulación holográfica gracias a un ordenador cuántico.

"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", ha explicado Maria Spiropulu, investigadora de Caltech y autora principal del estudio.

La teoría del agujero de gusano, también conocido como puente de Einstein-Rosen, cogió fuerza en la ciencia ficción como una forma de viajar en el espacio-tiempo, tal como se puede apreciar en Interestellar. A pesar de que la Teoría de la Relatividad indica que nada puede pasar a través de ellos, en 2017 se ideó una posibilidad en la que una energía repulsiva negativa podría mantenerlos abiertos el tiempo suficiente para que la materia pudiera desplazarse de un extremo a otro.

Ahora, usando un ordenador cuántico, capaz de realizar cálculos complejos y formado por un circuito de nueve cúbits (bit cuántico), los expertos han podido sondear las conexiones entre los agujeros de gusano teóricos y la física cuántica, una predicción de la llamada gravedad cuántica, que es una teoría hipotética que trata de conectar la gravedad con la física cuántica, dos descripciones estudiadas de la naturaleza que parecen incompatibles entre sí. 

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, ha señalado Spiropulu.

La investigación no se basa en que hayan creado un agujero de gusano real, puesto que eso significaría romper el espacio y el tiempo. Lo que han hecho es crear una simulación de un agujero de gusano holográfico. El 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.

La simulación, en la que un cúbit es 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 en algunos aspecto a lo que podría ocurrir si la información viajara a través de un agujero de gusano.

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