«¡Hicimos realidad la ciencia ficción!» Demuestran que las partículas en un sistema cuántico pueden regenerarse Ciencia y Tecnología

Imagina que tienes 40 años y quieres tener una cita que se parezca a la de hace 20 años. Esto es imposible en el mundo físico clásico pero no en el mundo cuántico, que se refiere a las partículas subatómicas que son la base de toda realidad. Miguel Navasques y David Trillo, investigadores españoles del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) de la Academia de Ciencias de Austria (ÖAW), realizaron varios estudios con el investigador austriaco Philipp Walther y el Grupo de Física Experimental de la Universidad de Viena. El equipo publicó artículos en X revisión físicaY CuánticoY arxivY Cartas de revisión física Y óptica Sobre investigaciones teóricas y experimentos que demuestran que es posible «acelerar, ralentizar e invertir el flujo del tiempo dentro de sistemas cuánticos aleatorios, incluso no supervisados». Estos procesos físicos únicos, capaces de interrumpir el curso normal del tiempo, son universales: tienen el mismo efecto sobre todas las partículas, independientemente de su naturaleza e interacción con otros sistemas.

Todo lo que percibimos responde a las leyes básicas de la física que aprendemos en la escuela. Sin embargo, los físicos cuánticos están de acuerdo en que no explican el mundo subatómico, que constituye toda la realidad en su nivel más microscópico. Este universo invisible presenta estados de superposición (una partícula puede estar en un estado, en otro o en ambos a la vez), entrelazamiento (la acción sobre una partícula afecta instantáneamente a la otra, aunque estén separadas por grandes distancias), pseudo- telepatía y teletransportación.

Este equipo de científicos ha demostrado ahora que estas partículas cuánticas pueden regenerarse o devolverse a su estado anterior. Miguel Navasco utiliza una analogía para explicar la importancia del descubrimiento y cómo lo demostraron. en un teatro, [classical physics]La película se muestra de principio a fin, independientemente de lo que quiera el público. pero en casa [the quantum world]Disponemos de un mando a distancia para manipular la película. Podemos volver a una escena anterior o saltar varias escenas hacia adelante”.

El equipo de ÖAW desarrolló un «protocolo de retorno» que permite que cualquier partícula (electrón, protón o muón) vuelva a su estado anterior. Trello abrió el camino al demostrar esta capacidad tanto teórica como experimentalmente utilizando un fotón que evoluciona cuando pasa a través de un cristal. Un uso innovador de un dispositivo experimental conocido como «interruptor cuántico» permite que una partícula de luz vuelva a su estado al comienzo de su viaje.

«Fue uno de los experimentos más difíciles que hemos hecho con un solo fotón», dijo Walter. «Lo bueno es que [the particles] Puedes volver a un estado del que no sabes nada». En otras palabras, dijeron los científicos, «puedes operar sin conocer el sistema, su dinámica interna o incluso los detalles de la interacción entre el sistema y el experimentador».

Según Navascués, el experimento se basa en un enfoque centenario de la teoría de la relatividad de Einstein. Un gemelo viaja al espacio a gran velocidad mientras su hermano permanece en la Tierra. Cuando el viajero espacial regrese, su edad será menor que la de la persona que se quedó en casa. Un viajero puede afirmar que el viaje al espacio tomó menos tiempo que el medido en la Tierra». Aunque este fenómeno relativista se puede observar, es «poco práctico porque se necesitan grandes cantidades de energía o la proximidad a un agujero negro para observar efectos importantes». También tiene la limitación de que puede ralentizar el tiempo, pero no invertirlo ni acelerarlo». Pero el equipo quería demostrar que «estas limitaciones desaparecen cuando uno abandona el campo de la física relativista clásica y entra en el ámbito de la física cuántica no relativista». mecánica.»

Afirman haber hecho precisamente eso. «Presentamos un mecanismo global que, cuando actúas sobre cualquier qubit, lo propaga de vuelta al estado en el que se encontraba antes de que comenzara el experimento». A diferencia de los protocolos descubiertos previamente por el grupo, que solo funcionan en un cierto nivel probabilístico, el nuevo mecanismo siempre tiene éxito, excepto cuando el dispositivo experimental es completamente «invisible» para el qubit. «Hemos respondido a la pregunta de si tales procesos están permitidos por las leyes de la mecánica cuántica», dijeron.

¿Se puede transferir la experiencia a sistemas más grandes? El experimento se llevó a cabo con éxito utilizando moléculas que pueden almacenar una sola pieza de información. Si bien es teóricamente posible replicar el experimento con un ser humano, es una imposibilidad práctica y fútil. «Si pudiéramos encerrar a una persona en una caja sin influencias externas, eso sería teóricamente posible. Pero con nuestros protocolos actualmente disponibles, la probabilidad de éxito sería muy, muy baja. Además, el tiempo requerido para completar el proceso depende de la cantidad de información que el sistema puede almacenar. Un ser humano es un sistema físico que contiene una gran cantidad de información. Se necesitarían millones de años para rejuvenecer a una persona por menos de un segundo, por lo que no tiene sentido».

Discovery no es una máquina del tiempo. El tiempo pasa independientemente, y es la condición física la que cambia. «Si desea devolver una partícula capaz de almacenar un bit de información a su estado hace cinco minutos, esa es la cantidad de tiempo necesaria para completar el proceso», dijo Navasques.

El mismo principio se aplica al envejecimiento de una partícula, reorientándola rápidamente a otro estado en el futuro. «Si quieres que un sistema tenga 10 años, se necesitan 10 años”, dijo Navasques. «No puedes asignar el tiempo de la nada. Para hacer que un sistema tenga 10 años en un año, tienes que obtener los otros 9 años de alguna parte.» «. Usando esta lógica, el equipo científico ideó un truco para acelerar el tiempo. «Descubrimos que puedes transferir tiempo evolutivo entre sistemas físicos idénticos. En un experimento de un año con 10 sistemas, podrías robar un año de cada uno de los primeros nueve sistemas y dárselo todo al décimo. Al final del año , el décimo sistema tendrá 10 años, los otros nueve permanecerán. «Como estaba cuando comenzó el experimento».

El descubrimiento es significativo porque agrega otra arruga al reino cuántico del que depende nuestra comprensión del universo. Pero Philip Walter cree que también tiene implicaciones prácticas. Estamos convencidos de que tiene aplicaciones tecnológicas. Por ejemplo, el protocolo de retorno podría usarse en procesadores cuánticos para revertir errores o avances no deseados». Y sus colegas agregaron: «La investigación adicional podría incluir aplicaciones no ópticas del protocolo y extensiones a dimensiones más altas».

Navasques duda de la utilidad práctica del descubrimiento, pero aún considera que su investigación ha sido un éxito sin precedentes. «¡Hicimos realidad la ciencia ficción!»

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