Los agujeros de gusano son un elemento básico de la ciencia ficción, y existe la posibilidad de que existan en el universo real. Pero, ¿cómo funcionarían? Los físicos ahora han utilizado un procesador cuántico para simular un agujero de gusano atravesable, teletransportando información entre dos sistemas cuánticos.
En la ficción, los agujeros de gusano suelen representarse como túneles que conectan dos puntos distantes en el espacio, lo que permite un viaje instantáneo a través del cosmos. Pero si bien pueden parecer poco más que un dispositivo de historia conveniente, los agujeros de gusano son sorprendentemente plausibles en la realidad. El mismo Einstein propuso su existencia como una característica de su teoría general de la relatividad, y en las décadas posteriores los científicos han estudiado dónde y cómo podríamos encontrarlos .
Pero sus propiedades siguen siendo poco conocidas, con varios modelos en conflicto posibles. Eso crea una paradoja: para averiguar más, necesitaríamos observaciones de agujeros de gusano reales, pero para observarlos necesitaríamos averiguar más para saber qué buscar. Las simulaciones por computadora pueden ayudar a romper el ciclo, lo que permite a los físicos probar diferentes modelos de agujeros de gusano y ver cómo podrían comportarse.
En el nuevo estudio, los científicos han logrado eso por primera vez. Sin embargo, este tipo de simulación no se puede ejecutar en cualquier computadora antigua: requería el poder de las computadoras cuánticas , que aprovechan el extraño reino de la física cuántica para realizar cálculos más allá del alcance de las computadoras tradicionales.
El equipo estaba investigando una intrigante correlación entre los agujeros de gusano y la física cuántica: la idea de que un agujero de gusano envíe cosas a través del universo en un abrir y cerrar de ojos suena sospechosamente como la teletransportación cuántica , donde la información se puede enviar instantáneamente entre dos partículas entrelazadas, sin importar cuán lejos. aparte están.
Utilizando el procesador cuántico Sycamore de Google, científicos de Caltech, Harvard, Fermilab y Google realizaron la primera simulación de un agujero de gusano. La clave era un modelo establecido conocido como SYK que podía simular los efectos de la gravedad cuántica; en este caso, el equipo entrelazó dos sistemas SYK simplificados y luego envió un bit cuántico (qubit) de información a uno de ellos.
Y efectivamente, la información surgió del segundo sistema. Esto demostró no solo la teletransportación cuántica, sino que debido a que los dos modelos SYK también simulan la gravedad cuántica, fue una simulación realista de cómo funcionaría un agujero de gusano transitable en el mundo real.
Durante mucho tiempo se ha predicho que para mantener un agujero de gusano abierto el tiempo suficiente para que pase algo, sería necesario golpearlo con una explosión de energía negativa. En las simulaciones, el equipo probó esta idea y descubrió que las firmas del agujero de gusano solo funcionaban si lo golpeaban con un pulso de energía negativa simulada, pero no con energía positiva. Esto, dice el equipo, valida que el modelo represente más que un simple evento de teletransportación cuántica estándar.
Por supuesto, esto está lejos de ser un túnel real a través del espacio-tiempo, pero el equipo dice que este modelo podría ayudar a los físicos a investigar las propiedades de los agujeros de gusano del mundo real, si es que existen. Esto podría impulsar nuestra comprensión de ellos hasta el punto de que eventualmente resolvamos cómo buscarlos en el cosmos.
La investigadora principal del estudio, Maria Spiropulu dijo:
“Encontramos un sistema cuántico que exhibe propiedades clave de un agujero de gusano gravitatorio, pero que es lo suficientemente pequeño como para implementarlo en el hardware cuántico actual”.
“Este trabajo constituye un paso hacia un programa más amplio de prueba de la gravedad cuántica. física utilizando una computadora cuántica. No sustituye a las pruebas directas de la gravedad cuántica de la misma manera que otros experimentos planificados que podrían probar los efectos de la gravedad cuántica en el futuro utilizando la detección cuántica, pero ofrece un poderoso banco de pruebas para ejercitar las ideas de la gravedad cuántica”.
