Las simulaciones de "viaje en el tiempo hacia atrás" pueden mejorar los experimentos científicos.

12 de octubre de 2023

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han destacado los siguientes atributos al tiempo que aseguran la credibilidad del contenido:

• verificado
• publicación revisada por pares
• fuente confiable
• corregido

por University of Cambridge

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

Si los apostadores, inversores y experimentadores cuánticos pudieran cambiar la dirección del tiempo, su ventaja sería significativamente mayor, lo que conduciría a resultados significativamente mejores.

Investigadores de la University of Cambridge han demostrado que manipulando la entrelazación, una característica de la teoría cuántica que causa que las partículas estén intrínsecamente vinculadas, pueden simular lo que podría suceder si alguien pudiera viajar hacia atrás en el tiempo. Así, los apostadores, inversores y experimentadores cuánticos podrían, en algunos casos, cambiar retroactivamente sus acciones pasadas y mejorar sus resultados en el presente.

Si 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 podrían comportarse esos bucles espacio-temporales si existieran. Al conectar su nueva teoría a la metrología cuántica, que utiliza la teoría cuántica para realizar mediciones altamente sensibles, el equipo de Cambridge ha demostrado que la entrelazación puede resolver problemas que de otra manera parecerían imposibles.

El estudio se publica en Physical Review Letters.

'Imagina que quieres enviar un regalo a alguien: necesitas enviarlo el día uno para asegurarte de que llegue el día tres', dijo el autor principal David Arvidsson-Shukur, del Cambridge Hitachi Laboratory. 'Sin embargo, solo recibes la lista de deseos de esa persona el día dos. Entonces, en este escenario que respeta la cronología, es imposible que sepas de antemano lo que esa persona querrá como regalo y asegurarte de enviar el adecuado'.

'Ahora imagina que puedes cambiar lo que envías el día uno con la información de la lista de deseos recibida el día dos. Nuestra simulación utiliza la manipulación de la entrelazación cuántica para mostrar cómo podrías cambiar retroactivamente tus acciones anteriores para asegurarte de que el resultado final sea el que deseas'.

La simulación se basa en la entrelazación cuántica, que consiste en correlaciones fuertes que las partículas cuánticas pueden compartir y las partículas clásicas, aquellas gobernadas por la física cotidiana, no pueden.

La particularidad de la física cuántica es que si dos partículas están lo suficientemente cerca como para interactuar, pueden mantenerse conectadas incluso cuando están separadas. Esta es la base de la computación cuántica, la utilización 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 National Institute of Standards and Technology (NIST) y la University of Maryland. 'La primera partícula se utiliza luego en un experimento. Al obtener nueva información, el experimentador manipula la segunda partícula para cambiar efectivamente el estado pasado de la primera partícula, cambiando el resultado del experimento'.

'El efecto es notable, pero solo ocurre una vez de cada cuatro', dijo Arvidsson-Shukur. 'En otras palabras, la simulación tiene un 75% de probabilidad de fallo. Pero la buena noticia es que sabes si has fallado. Si seguimos con nuestra analogía del regalo, una de cada cuatro veces, el regalo será el deseado (por ejemplo, un par de pantalones), otras veces serán pantalones pero en la talla incorrecta, o de un color incorrecto, o serán una chaqueta'.

Para dar relevancia a su modelo en tecnologías, los teóricos lo conectaron con 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. Si este experimento ha de ser eficiente, los fotones deben prepararse de cierta manera antes de llegar a la muestra.

Los investigadores han demostrado que incluso si aprenden cómo preparar mejor los fotones solo después de que los fotones han alcanzado la muestra, pueden utilizar simulaciones de viaje en el tiempo para cambiar retroactivamente los fotones originales.

Para contrarrestar la alta probabilidad de fallos, los teóricos proponen enviar un gran número de fotones entrelazados, sabiendo que algunos eventualmente llevarán la información correcta actualizada. Luego utilizarían un filtro para asegurarse de que los fotones correctos pasen a la cámara, mientras que el filtro rechaza el resto de los fotones 'malos'.

'Consider our earlier analogy about gifts,' said co-author Aidan McConnell, who carried out this research during his master's degree at the Cavendish Laboratory in Cambridge, and is now a Ph.D. student at ETH, Zürich. 'Let's say sending gifts is inexpensive and we can send numerous parcels on day one. On day two we know which gift we should have sent. By the time the parcels arrive on day three, one out of every four gifts will be correct, and we select these by telling the recipient which deliveries to throw away.'

'That we need to use a filter to make our experiment work is actually pretty reassuring,' said Arvidsson-Shukur. 'The world would be very strange if our time-travel simulation worked every time. Relativity and all the theories that we are building our understanding of our universe on would be out of the window.'

'We are not proposing a time travel machine, but rather a deep dive into the fundamentals of quantum mechanics. These simulations do not allow you to go back and alter your past, but they do allow you to create a better tomorrow by fixing yesterday's problems today.'

Provided by University of Cambridge