Creado el primer "agujero de gusano" virtual en una computadora cuántica

Un equipo de científicos de Estados Unidos ha logrado crear, con la ayuda de la empresa Google, por primera vez, un "agujero de gusano" utilizando la potencia de una computadora cuántica y, además, ha conseguido teletransportar información entre los dos extremos de este túnel cuántico que forma una especie de atajo al romper el espacio y el tiempo

Este experimento pionero no ha creado un “agujero de gusano” real, es decir, una ruptura en el espacio y el tiempo, pero sí permite ya estudiar la dinámica y el comportamiento de este tipo especial de “túnel-puente” que, de forma teórica, los científicos creen que podría permitir transportar información por el universo entre dos regiones muy remotas.

"Encontramos un sistema cuántico que exhibe propiedades clave de un agujero de gusano gravitacional, pero que es lo suficientemente pequeño como para implementarlo en el hardware cuántico actual", explica Maria Spiropulu, investigadora del Departamento de Energía de Estados Unidos

Este trabajo constituye un avance hacia un objetivo más amplio que consiste en poder probar la física de la gravedad cuántica utilizando una computadora cuántica, según los resultados de esta investigación que publica la revista Nature.

Según la física actual, los “agujeros de gusano” son una especie de puentes que podrían unir, como un gigantesco túnel, dos regiones remotas en el espacio-tiempo.

Hasta ahora, los científicos no han podido observarlos de forma experimental, pero las actuales teorías de la Física demuestran su existencia y propiedades desde hace casi un siglo.

Son posibles

De hecho, en 1935, Albert Einstein y Nathan Rosen describieron los agujeros de gusano como túneles a través del tejido del espacio-tiempo de acuerdo con la teoría general de la relatividad de Einstein, que describe la gravedad como una curvatura del espacio-tiempo. Los investigadores llaman a los agujeros de gusano puentes de Einstein-Rosen por los dos físicos que los invocaron, mientras que el término "agujero de gusano" fue acuñado por el físico John Wheeler en la década de 1950.

Sin embargo, este trabajo explora la equivalencia de los agujeros de gusano con la teletransportación cuántica. El equipo dirigido por Caltech realizó los primeros experimentos que prueban la idea de que la información que viaja de un punto del espacio a otro puede describirse en el lenguaje de la gravedad (los agujeros de gusano) o en el lenguaje de la física cuántica (entrelazamiento cuántico).

En concreto, en esta investigación, este equipo de físicos realizó este tipo de experimento por primera vez. Utilizaron un modelo similar a SYK "bebé" preparado para preservar las propiedades gravitacionales, y observaron la dinámica del agujero de gusano en un dispositivo cuántico en Google, a saber, el procesador cuántico Sycamore.

Para lograr esto, el equipo primero tuvo que reducir el modelo SYK a una forma simplificada, una hazaña que lograron utilizando herramientas de aprendizaje automático en computadoras convencionales.

Teletransportación

En el experimento, los investigadores insertaron un "qubit", el equivalente cuántico de un bit en las computadoras convencionales basadas en silicio, en uno de sus sistemas similares a SYK y observaron que la información emerge del otro sistema.

Por lo tanto, la información viajó de un sistema cuántico a otro a través de la teletransportación cuántica o, hablando en el lenguaje complementario de la gravedad, la información cuántica pasó a través del agujero de gusano atravesable.

"La importancia a corto plazo de este tipo de experimento es que la perspectiva gravitacional proporciona una forma sencilla de comprender un fenómeno cuántico de muchas partículas que, de otro modo, sería misterioso", dice John Preskill, director del Instituto de Información Cuántica y Materia (IQIM).

En el estudio, los físicos informan sobre el comportamiento esperado de los agujeros de gusano tanto desde la perspectiva de la gravedad como desde la física cuántica.

Nuevos pasos

Por ejemplo, si bien la información cuántica se puede transmitir a través del dispositivo o teletransportarse de varias maneras, se demostró que el proceso experimental es equivalente, al menos en algunos aspectos, a lo que podría suceder si la información viajara a través de un agujero de gusano. Para hacer esto, el equipo intentó "abrir el agujero de gusano" usando pulsos de energía repulsiva negativa o la energía positiva opuesta. Observaron firmas clave de un agujero de gusano atravesable solo cuando se aplicó el equivalente de energía negativa, lo que es consistente con el comportamiento esperado de los agujeros de gusano.

En el futuro, los investigadores esperan extender este trabajo a circuitos cuánticos más complejos. Aunque todavía faltan años para las computadoras cuánticas de buena fe, el equipo planea continuar realizando experimentos de esta naturaleza en las plataformas de computación cuántica existentes.