Cambridge utiliza simulaciones de viajes en el tiempo para resolver problemas «imposibles».

Los físicos han demostrado que la simulación de modelos hipotéticos de viajes en el tiempo puede resolver problemas experimentales que parecen imposibles de resolver utilizando la física estándar.

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

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- es posible simular lo que podría suceder si se pudiera viajar en el tiempo. De modo que los jugadores, inversores y experimentadores cuánticos puedan, en algunos casos, cambiar retroactivamente sus acciones pasadas y mejorar sus resultados en el presente.

Simulación y ciclos de tiempo.

Si las partículas pueden retroceder en el tiempo es un tema controvertido entre los físicos, incluso si los científicos lo han hecho previamente Modelos simulados de cómo se comportarían dichos ciclos espacio-temporales si existieran. Al vincular su nueva teoría con la metrología cuántica, que utiliza la teoría cuántica para realizar mediciones altamente sensibles, el equipo de Cambridge demostró que el entrelazamiento puede resolver problemas que de otro modo parecerían imposibles. El estudio fue publicado el 12 de octubre en la revista. Cartas de revisión física.

«Imagínese que quiere enviar un regalo a alguien; debe enviarlo el primer día para asegurarse de que llegue al tercer día», dijo el autor principal David Arvidsson-Shukur, del Laboratorio Hitachi de Cambridge. “Sin embargo, sólo recibirás la lista de deseos de esa persona el segundo día. Entonces, en este escenario amigable con la línea de tiempo, es imposible saber de antemano qué querrán como regalo y estar seguro de que está enviando el correcto.

“Ahora imagina poder cambiar lo que envías el primer día con la información de la lista de deseos que recibes el segundo día. Nuestra simulación utiliza manipulación de entrelazamiento cuántico para mostrar cómo se pueden modificar retroactivamente sus acciones anteriores para garantizar que el resultado final sea el que deseaba”.

Comprender el entrelazamiento cuántico

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

La peculiaridad de la física cuántica es que si dos partículas están lo suficientemente cerca entre sí como para interactuar, pueden permanecer conectadas incluso si están separadas. Esta es la base de computación cuántica – la explotación de partículas conectadas para realizar cálculos demasiado complejos para las computadoras clásicas.

«En nuestra propuesta, un experimentador entrelaza dos partículas», dijo 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. Después de 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 sólo ocurre una de cada cuatro veces!» dijo Arvidsson-Shukur. “En otras palabras, la simulación tiene un 75% de posibilidades de fallar. Pero la buena noticia es que sabes si has fallado. Si nos atenemos a la analogía del regalo, una de cada cuatro veces el regalo será el deseado (por ejemplo, un par de pantalones), otra vez será un par de pantalones pero de la talla equivocada, o del color equivocado, o será una chaqueta.

Aplicaciones prácticas y limitaciones.

Para que su modelo fuera relevante para las tecnologías, los teóricos lo vincularon a la metrología cuántica. En un experimento común de metrología cuántica, 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 efectivo, los fotones deben prepararse de cierta manera antes de llegar a la muestra. Los investigadores demostraron que incluso si aprenden a preparar mejor los fotones sólo después de llegar a la muestra, pueden utilizar simulaciones de viajes en el tiempo para modificar retroactivamente los fotones originales.

Para contrarrestar la alta probabilidad de fallo, los teóricos proponen enviar grandes cantidades 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 «malos».

«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 candidato a doctorado en ETH Zurich. “Digamos que enviar regalos es económico y podemos enviar numerosos paquetes el primer día. El segundo día sabemos qué regalo deberíamos haber enviado. Cuando llegan los paquetes, al tercer día, uno de cada cuatro regalos será correcto y los seleccionamos, indicando al destinatario qué entregas tirar.»

«El hecho de que tengamos que utilizar un filtro para que nuestro experimento funcione es 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 de lugar.

“No proponemos una máquina que viaje en el tiempo, sino más bien una inmersión profunda en los fundamentos de la mecánica cuántica. Estas simulaciones no le permiten regresar y cambiar su pasado, pero le permiten crear un mañana mejor resolviendo hoy los problemas de ayer.

Referencia: “Ventaja no clásica en metrología establecida mediante simulaciones cuánticas de curvas de tiempo hipotéticas cerradas” por David RM Arvidsson-Shukur, Aidan G. McConnell y Nicole Yunger Halpern, 12 de octubre de 2023, Cartas de revisión física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.150202

Este trabajo fue apoyado por la Fundación Suecia-América, la Fundación Lars Hierta Memorial, Girton College y el Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC), parte de Investigación e Innovación del Reino Unido (UKRI).