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Investigadores de Google crean un agujero de gusano holográfico transitable mediante un ordenador cuántico en un nuevo estudio. Crédito: NASALos 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 han utilizado un procesador cuántico para simular un agujero de gusano transitable, 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, permitiendo un viaje instantáneo a través del cosmos. Sin embargo, aunque puedan parecer poco más que un recurso para la historia, los agujeros de gusano son sorprendentemente plausibles en la realidad. El propio 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 contradictorios posibles. Esto crea una paradoja: para saber más, necesitaríamos observaciones de agujeros de gusano reales, pero para observarlos necesitaríamos saber más para saber qué buscar. Las simulaciones por ordenador pueden ayudar a romper el bucle, permitiendo a los físicos probar diferentes modelos de agujeros de gusano y ver cómo podrían comportarse.
En el nuevo estudio, los científicos lo han conseguido por primera vez. Sin embargo, este tipo de simulación no puede realizarse en un ordenador cualquiera, sino que se requiere la potencia de los ordenadores cuánticos, que se adentran en el extraño reino de la física cuántica para realizar cálculos más allá del alcance de los ordenadores 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 a teletransporte cuántico, en el que la información puede enviarse instantáneamente entre dos partículas entrelazadas, sin importar lo lejos que estén.
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 salió del segundo sistema. Esto demostró no sólo el teletransporte cuántico, sino que, dado 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.
Hace tiempo que se predijo que, para mantener un agujero de gusano abierto el tiempo suficiente para que algo lo atravesara, sería necesario que recibiera una ráfaga de energía negativa. En las simulaciones, el equipo puso a prueba esta idea y descubrió que las firmas de los agujeros de gusano sólo funcionaban si los golpeaban con un pulso de energía negativa simulada, pero no con energía positiva. Esto, según el equipo, valida que el modelo representa algo más que un evento de teletransporte cuántico 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 los mismos hasta el punto de que, finalmente, se pueda buscarlos en el cosmos.
"Hemos encontrado un sistema cuántico que presenta las propiedades clave de un agujero de gusano gravitacional y que, sin embargo, es lo suficientemente pequeño como para implementarlo en el hardware cuántico actual", afirma Maria Spiropulu, investigadora principal del estudio. "Este trabajo constituye un paso hacia un programa más amplio de comprobación de la física gravitatoria cuántica utilizando un ordenador cuántico. No sustituye a los sondeos directos de la gravedad cuántica del mismo modo que otros experimentos previstos que podrían sondear los efectos de la gravedad cuántica en el futuro utilizando la detección cuántica, pero ofrece un potente banco de pruebas para ejercitar las ideas de la gravedad cuántica."
Fuentes, créditos y referencias:
Jafferis, D., Zlokapa, A., Lykken, J.D. et al. Traversable wormhole dynamics on a quantum processor. Nature 612, 51–55 (2022). doi.org/10.1038/s41586-022-05424-3