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 conduciría 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- pueden simular lo que podría suceder si alguien pudiera viajar hacia atrás en el tiempo. Para 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 bucles temporales

Si las partículas pueden viajar hacia atrás en el tiempo es un tema controvertido entre los físicos, aunque los científicos han previamente modelos simulados de cómo se comportarían tales bucles 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 ha demostrado 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 el tercer día», dijo el autor principal, David Arvidsson-Shukur, del Laboratorio Hitachi de Cambridge. “Sin embargo, solo recibes la lista de deseos de esa persona el segundo día. Entonces, en este escenario de respeto por la cronología, es imposible que sepas de antemano qué querrán como regalo y asegurarte de enviar el obsequio adecuado.

“Ahora imagina que puedes 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 puedes cambiar retroactivamente tus acciones anteriores para garantizar que el resultado final sea el que deseas”.

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 gobernadas por la física cotidiana) no.

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

«En nuestra propuesta, un experimentalista 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. 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 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 fallaste. Si seguimos con nuestra analogía del regalo, una de cada cuatro veces el regalo será el deseado (p. ej., un pantalón), otra vez será un pantalón, pero en la talla incorrecta, o en el color incorrecto. , o será una chaqueta.»

Aplicaciones prácticas y limitaciones

Para dar relevancia a su modelo tecnológico, los teóricos lo conectaron con la metrología cuántica. En un experimento común de metrología cuántica, los fotones (pequeñas partículas de luz) se dirigen a una muestra de interés y luego se registran con un tipo especial de cámara. Para que este experimento sea eficiente, los fotones deben prepararse de cierta manera antes de que lleguen a la muestra. Los investigadores demostraron que incluso si aprenden a preparar mejor los fotones sólo después de que lleguen a la muestra, pueden utilizar simulaciones de viajes en el tiempo para alterar retroactivamente los fotones originales.

Para contrarrestar la alta probabilidad de fallo, los teóricos proponen enviar una gran cantidad de fotones entrelazados, sabiendo que algunos acabarán transportando la información correcta y actualizada. Luego usarían un filtro para garantizar que los fotones correctos pasaran a la cámara, mientras que el filtro rechazaba 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 estudiante de doctorado en ETH, Zurich. “Digamos que enviar regalos es barato y podemos enviar varios paquetes el primer día. El segundo día sabemos qué regalo deberíamos haber enviado. Cuando los paquetes lleguen al tercer día, uno de cada cuatro regalos será correcto, y los seleccionamos indicando al destinatario qué entregas descartar”.

«El hecho de que necesitáramos utilizar un filtro para que nuestro experimento funcionara es bastante tranquilizador», afirmó Arvidsson-Shukur. “El mundo sería muy extraño si nuestra simulación de viajes en el tiempo siempre funcionara. La relatividad y todas las teorías sobre las que estamos construyendo nuestra comprensión de nuestro universo quedarían fuera de lugar.

“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 cambiar tu pasado, pero sí te 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 cerradas hipotéticas” 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).